2、聚合实战问题
问题1：1天的数据 70W,聚合2次分桶正常查询时间是 200ms左右, 增加了一个去重条件, 就10-13秒了,有优化的地方不？
问题2：请问在很多 terms 聚合的情况下，怎样优化检索？我的场景在无聚合时，吞吐量有 300，在加入 12 个聚合字段后，吞吐量不到20。
问题3：哪位兄弟 帮忙发一个聚合优化的链接，我这个聚合 几千万 就好几秒了？
3、认知前提
3.1 Elasticsearch 聚合是不严格精准的
原因在于：数据分散到多个分片，聚合是每个分片的取 Top X，导致结果不精准。
可以看一下之前的文章：Elasticsearch 聚合数据结果不精确，怎么破？
3.2 从业务层面规避全量聚合
聚合结果的精准性和响应速度之间是相对矛盾的。
正常业务开发，产品经理往往要求：
第一：快速秒级或者毫秒级聚合响应。
第二：聚合结果精准。
殊不知，二者不可兼得。
遇到类似两者都要兼得的需求，建议从架构选型和业务层面做规避处理。
3.3 刷新频率
如下图所示，Elasticsearch 中的 1 个索引由一个或多个分片组成，每个分片包含多个segment（段），每一个段都是一个倒排索引。
在 lucene 中，为了实现高索引速度，使用了segment 分段架构存储。一批写入数据保存在一个段中，其中每个段最终落地为磁盘中的单个文件。
如下图所示，将文档插入 Elasticsearch 时，它们会被写入缓冲区中，然后在刷新时定期从该缓冲区刷新到段中。刷新频率由 refresh_interval 参数控制，默认每1秒发生一次。也就是说，新插入的文档在刷新到段（内存中）之前，是不能被搜索到的。
刷新的本质是：写入数据由内存 buffer 写入到内存段中，以保证搜索可见。
来看个例子，加深对 refresh_inteval 的理解，注释部分就是解读。
PUT test_0001/_doc/1
{
"title":"just testing"
}
# 默认一秒的刷新频率，秒级可见（用户无感知）
GET test_0001/_search
DELETE test_0001
# 设置了60s的刷新频率
PUT test_0001
{
"settings": {
"index":{
"refresh_interval":"60s"
}
}
}
PUT test_0001/_doc/1
{
"title":"just testing"
}
# 60s后才可以被搜索到
GET test_0001/_search
关于是否需要实时刷新：
如果新插入的数据需要近乎实时的搜索功能，则需要频繁刷新。
如果对最新数据的检索响应没有实时性要求，则应增加刷新间隔，以提高数据写入的效率，从而应释放资源辅助提高查询性能。
关于刷新频率对查询性能的影响：
由于每刷新一次都会生成一个 Lucene 段，刷新频率越小就意味着同样时间间隔，生成的段越多。
每个段都要消耗句柄和内存。
每次查询请求都需要轮询每个段，轮询完毕后再对结果进行合并。
也就意味着：refresh_interval 越小，产生的段越多，搜索反而会越慢；反过来说，加大 refresh_interval，会相对提升搜索性能。
4、聚合性能优化猛招
4.1 启用 eager global ordinals 提升高基数聚合性能
适用场景：高基数聚合。
高基数聚合场景中的高基数含义：一个字段包含很大比例的唯一值。
global ordinals 中文翻译成全局序号，是一种数据结构，应用场景如下：
基于 keyword，ip 等字段的分桶聚合，包含：terms聚合、composite 聚合等。
基于text 字段的分桶聚合（前提条件是：fielddata 开启）。
基于父子文档 Join 类型的 has_child 查询和 父聚合。
global ordinals 使用一个数值代表字段中的字符串值，然后为每一个数值分配一个 bucket（分桶）。
global ordinals 的本质是：启用 eager_global_ordinals 时，会在刷新（refresh）分片时构建全局序号。这将构建全局序号的成本从搜索阶段转移到了数据索引化（写入）阶段。
创建索引的同时开启：eager_global_ordinals。
PUT my-index-000001
{
"mappings": {
"properties": {
"tags": {
"type": "keyword",
"eager_global_ordinals": true
}
}
}
}
注意：开启 eager_global_ordinals 会影响写入性能，因为每次刷新时都会创建新的全局序号。为了最大程度地减少由于频繁刷新建立全局序号而导致的额外开销，请调大刷新间隔 refresh_interval。
动态调整刷新频率的方法如下：
PUT my-index-000001/_settings
{
"index": {
"refresh_interval": "30s"
}
}
该招数的本质是：以空间换时间。
4.2 插入数据时对索引进行预排序
Index sorting （索引排序）可用于在插入时对索引进行预排序，而不是在查询时再对索引进行排序，这将提高范围查询（range query）和排序操作的性能。
在 Elasticsearch 中创建新索引时，可以配置如何对每个分片内的段进行排序。
这是 Elasticsearch 6.X 之后版本才有的特性。
Index sorting 实战举例：
PUT my-index-000001
{
"settings": {
"index": {
"sort.field": "cur_time",
"sort.order": "desc"
}
},
"mappings": {
"properties": {
"cur_time": {
"type": "date"
}
}
}
}
如上示例是在：创建索引的设置部分设置待排序的字段：cur_time 以及 排序方式：desc 降序。
注意：预排序将增加 Elasticsearch 写入的成本。在某些用户特定场景下，开启索引预排序会导致大约 40%-50% 的写性能下降。
也就是说，如果用户场景更关注写性能的业务，开启索引预排序不是一个很好的选择。
4.3 使用节点查询缓存
节点查询缓存（Node query cache）可用于有效缓存过滤器（filter）操作的结果。如果多次执行同一 filter 操作，这将很有效，但是即便更改过滤器中的某一个值，也将意味着需要计算新的过滤器结果。
例如，由于 “now” 值一直在变化，因此无法缓存在过滤器上下文中使用 “now” 的查询。
那怎么使用缓存呢？通过在 now 字段上应用 datemath 格式将其四舍五入到最接近的分钟/小时等，可以使此类请求更具可缓存性，以便可以对筛选结果进行缓存。
关于 datemath 格式及用法，举个例子来说明：
以下的示例，无法使用缓存。
PUT index/_doc/1
{
"my_date": "2016-05-11T16:30:55.328Z"
}
GET index/_search
{
"query": {
"constant_score": {
"filter": {
"range": {
"my_date": {
"gte": "now-1h",
"lte": "now"
}
}
}
}
}
}
但是，下面的示例就可以使用节点查询缓存。
GET index/_search
{
"query": {
"constant_score": {
"filter": {
"range": {
"my_date": {
"gte": "now-1h/m",
"lte": "now/m"
}
}
}
}
}
}
上述示例中的“now-1h/m” 就是 datemath 的格式。
更细化点说，如果当前时间 now 是：16:31:29，那么range query 将匹配 my_date 介于：15:31:00 和 15:31:59 之间的时间数据。
同理，聚合的前半部分 query 中如果有基于时间查询，或者后半部分 aggs 部分中有基于时间聚合的，建议都使用 datemath 方式做缓存处理以优化性能。
4.4 使用分片请求缓存
聚合语句中，设置：size：0，就会使用分片请求缓存缓存结果。
size = 0 的含义是：只返回聚合结果，不返回查询结果。
GET /my_index/_search
{
"size": 0,
"aggs": {
"popular_colors": {
"terms": {
"field": "colors"
}
}
}
}
4.5 拆分聚合，使聚合并行化
这里有个认知前提：Elasticsearch 查询条件中同时有多个条件聚合，这个时候的多个聚合不是并行运行的。
这里就有疑问：是不是可以通过 msearch 拆解多个聚合为单个子语句来改善响应时间？
什么意思呢，给个 Demo，toy_demo_003 数据来源：
基于儿童积木玩具图解 Elasticsearch 聚合
示例一：常规的多条件聚合实现
如下响应时间：15 ms。
POST toy_demo_003/_search
{
"size": 0,
"aggs": {
"hole_terms_agg": {
"terms": {
"field": "has_hole"
}
},
"max_aggs":{
"max":{
"field":"size"
}
}
}
}
示例二：msearch 拆分多个语句的聚合实现
如下响应时间：9 ms。
POST _msearch
{"index" : "toy_demo_003"}
{"size":0,"aggs":{"hole_terms_agg":{"terms":{"field":"has_hole"}}}}
{"index" : "toy_demo_003"}
{"size":0,"aggs":{"max_aggs":{"max":{"field":"size"}}}}
来个对比验证吧：
蓝色：类似示例一，单个query 中包含多个聚合，聚合数分别是：1,2,5,10。
红色：类似示例二，multi_search 拆解多个聚合，拆分子句个数分别为：1,2,5,10。
横轴：蓝色对应聚合个数；红色对应子句个数；
纵轴：响应时间，响应时间越短、性能越好。
初步结论是：
默认情况下聚合不是并行运行。
当为每个聚合提供自己的查询并执行 msearch 时，性能会有显著提升。
尤其在 10 个聚合的场景下，性能提升了接近 2 倍。
因此，在 CPU 资源不是瓶颈的前提下，如果想缩短响应时间，可以将多个聚合拆分为多个查询，借助：msearch 实现并行聚合。
4.6 将聚合中的查询条件移动到 query 子句部分
示例一：
POST my_index/_search
{
"size": 0,
"aggregations": {
"1": {
"filter": {
"match": {
"search_field": "text"
}
},
"aggregations": {
"items": {
"top_hits": {
"size": 100,
"_source": {
"includes": "field1"
}
}
}
}
},
"2": {
"filter": {
"match": {
"search_field": "text"
}
},
"aggregations": {
"items": {
"top_hits": {
"size": 100,
"_source": {
"includes": "field2"
}
}
}
}
}
}
}
示例二：
{
"query": {
"bool": {
"filter": [
{
"match": {
"search_field": "text"
}
}
]
}
},
"size": 0,
"aggregations": {
"1": {
"top_hits": {
"size": 100,
"_source": {
"includes": "field1"
}
}
},
"2": {
"top_hits": {
"size": 100,
"_source": {
"includes": "field2"
}
}
}
}
}
示例一和示例二的本质区别：
第二个查询已将此过滤器提取到较高级别，这应使聚合共享结果。
如下对比实验表明，由于 Elasticsearch 自身做了优化，示例一（蓝色）和示例二（红色）响应时间基本一致。
更多验证需要结合业务场景做一下对比验证，精简起见，推荐使用第二种。
5、更多优化参考
官方关于检索性能优化同样适用于聚合
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/tune-for-search-speed.html
分片数设置多少合理？
https://www.elastic.co/cn/blog/how-many-shards-should-i-have-in-my-elasticsearch-cluster
堆内存大小设置？
https://www.elastic.co/cn/blog/a-heap-of-trouble
禁用 swapping
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/setup-configuration-memory.html
6、小结
本文的六大猛招出自：Elastic 原厂咨询架构师 Alexander 以及 Coolblue 公司的软件开发工程师 Raoul Meyer。
六大猛招中的 msearch 并行聚合方式，令人眼前一亮，相比我在业务实战中用的多线程方式实现并行，要“高级”了许多。
我结合自己的聚合优化实践做了翻译和扩展，希望对大家的聚合性能优化有所帮助。
欢迎留言写下您的聚合优化实践和思考。
和你一起，死磕 Elastic！
参考
https://qbox.io/blog/refresh-flush-operations-elasticsearch-guide
https://alexmarquardt.com/how-to-tune-elasticsearch-for-aggregation-performance/
https://www.elastic.co/cn/blog/index-sorting-elasticsearch-6-0
《Elasticsearch 源码解析与优化实战》
推荐
基于儿童积木玩具图解 Elasticsearch 聚合
Elasticsearch 如何实现查询/聚合不区分大小写？
Elasticsearch 高基数聚合性能提升3倍，改动了什么？
Elasticsearch聚合优化 | 聚合速度提升5倍！
Elasticsearch聚合后分页深入详解
从实战中来，到实战中去——Elasticsearch 技能更快提升方法论
![Elasticsearch Relevance Engine---为AI变革提供高级搜索能力[ES向量搜索、常用配置参数、聚合功能等详解]](https://ucc.alicdn.com/fnj5anauszhew_20231019_05f219d6edca4595abc931668fc0e37f.png?x-oss-process=image/resize,h_160,m_lfit)
