ElasticSearch 集群搭建、工作原理

末蓝、 2022-12-16 15:27 227阅读 0赞

### 目录 ###

*   *   *  概述
         *  搭建es集群
         *  kibana连接es集群
         *  分片管理
         *  查看集群信息
         *  文档读写过程
         *   *  写操作
             *  读操作
         *  es中的乐观锁
         *  倒排索引
         *  analyzer 分词器

### 概述 ###

es为什么要集群？（集群的作用）

*  高可用。高可用（High Availability）是分布式系统必须考虑的因素之一，实质是减少系统不能提供服务的时间。eg. 系统每运行100个时间单位，会有1个时间单位无法提供服务，则该系统的可用性是99%。
 *  负载均衡：将流量分散到多个节点上，减轻单个节点的压力
 *  提高整个系统的性能

es天生就是分布式的，就算只有一个节点，也是以集群方式部署的。

es集群的分布式优势

*  自动分配分片，自动确定文档的存储位置
 *  自动同步数据至副分片（数据冗余），以防止硬件故障导致的数据丢失
 *  集群扩容时可以无缝整合新节点，自动重新分配分片

一个es节点可以同时具有多种角色，常见的角色有2种

*  master：master备选节点，有被选举为master的资格，默认具有此角色
 *  data：数据存储节点，用于存储数据，默认具有此角色

一个es集群可以有多个master节点，但实际只有一个master节点，其余都是备胎。

当集群中一半以上的master正常时，集群才对外提供服务，否则集群不可用。这个数值可调，默认为 master数量/2+1 。

分片可分为

*  主分片（ primary shard）：每个主分片只存储索引的部分数据，也就是说一个索引的数据是分散存储在多个分片上的，多个分片构成全样数据。
 *  副本分片（replica shard）：主分片的副本，用于备份主分片上的数据

### 搭建es集群 ###

1、elasticsearch.yml

#集群名称
    cluster.name: es
    
    #节点名称
    node.name: node-1
    
    #自动绑定本机实际ip，允许外网访问
    network.host: 0.0.0.0
    
    #es对外提供服务使用的端⼝，默认9200
    #http.port: 9200
    
    #es节点之间通信使用的端口，默认9300
    #transport.tcp.port: 9300
    
    #指定集群节点（ip+通信端口）
    discovery.seed_hosts: ["192.168.1.2:9300","192.168.1.3:9300","192.168.1.4:9300"]
    
    #初始主节点，集群启动时会从里面选出一个真正的master
    cluster.initial_master_nodes: ["node-1", "node-2","node-3"]

如果是本地模拟集群，需修改 http.port 、transport.tcp.port、discovery.seed\_hosts 使用的端口。

2、jvm.options

#设置jvm的最小、最大堆内存
    -Xms10g
    -Xmx10g

3、如果data目录下有内容，清空data目录

4、其它系统配置参考：

[https://blog.csdn.net/chy\_18883701161/article/details/108859273][https_blog.csdn.net_chy_18883701161_article_details_108859273]

防火墙要开启es对外提供服务使用的9200端口、集群内部节点之间通信的9300端口。

5、启动各节点，访问任意一个节点的 /\_cat/nodes?v ，如果节点数正确，则集群搭建成功。\*号标出的是真正的master节点。

如果每个节点都是真正的master，组成的都是单独的集群，检查

*  discovery.seed\_hosts配置是否正确
 *  启动之前是否未清空data目录

### kibana连接es集群 ###

kibana.yml

#指定es集群节点
    elasticsearch.hosts: ["http://192.168.1.2:9200","http://192.168.1.3: 9200","http://192.168.1.4:9200"]

查询数据时只使用其中某个节点，该节点故障时自动使用另一个节点。

### 分片管理 ###

分片是针对index而言的，es是分布式的搜索引擎，index通常会分解成不同部分（分片）分布在不同的数据节点上。es会自动分配、管理分片，在需要的时候会自动重新分配分片，无需用户手动管理分片。

从7.x开始，如果创建index时不指定分片数量，默认会创建1个主分片、⼀个副分片；7.x之前则是默认创建5个主分片。

可以在创建index时指定分片数量

PUT /mall
    { 
        "settings": { 
            "number_of_shards": 1,  #主分片
            "number_of_replicas": 2   #副分片
        },
        "mappings": { 
            "properties": { 
                "goods_name": { 
                    "type": "keyword"
                },
                "goos_price": { 
                    "type": "float"
                },
                "goods_description": { 
                    "type": "text"
                }
            }
        }
    }

可以修改分片数量

PUT /mall/_settings
    { 
        "number_of_replicas": 3  #修改副分片数量
    }

### 查看集群信息 ###

GET /_cat  #查看选项
    
    GET /_cat/shards?v   #查看所有分片的信息。?v会显示每一项的名称
    GET /_cat/shards/mall?v  #指定index的分片
     
    GET /_cat/nodes?v  #所有节点
    GET /_cat/master?v  #主节点
    
    GET /_cat/indices?v  #所有索引
    GET /_cat/indices/mall?v  #指定索引
    
    GET /_cat/count?v #文档总数
    GET /_cat/count/mall?v  #指定index的文档数
    
    GET /_cat/health?v  #集群健康状况
    
    GET /_cat/plugins?v  #启用的插件

shards是分片，pri是主分片（primary shards）。

集群状态

*  red：集群不可用。至少缺失一个主分片以及它的全部副分片，缺失部分数据，搜索只能返回部分数据，而分配到这个分片上的写请求会返回一个异常。
 *  yellow：集群可用但仍存在问题。所有的主分片都已分配，但缺失了至少一个副分片。数据是完整的，读写正常，但可用性降低了。
 *  green：正常。所有的主分片、副分片都已分配。

### 文档读写过程 ###

master负责维护集群状态，在有新节点加入或离开时重新分配分片。

由主分片执行写操作，再同步到副分片。主分片往往分散在多个节点上，不一定在master上。（这一点和zk不同）

#### 写操作 ####

*  客户端向es集群发送文档写请求
 *  集群的某个节点接收到请求，通过路由算法确定该文档所属的主分片，将请求转发给该主分片所在节点
 *  主分片执行写请求，成功后将请求转发给对应副分片所在节点
 *  副本分片执行请求，将执行结果通知主分片所在节点
 *  如果所有副分片都执行（同步）成功，主分片节点通知接受请求的接待您操作成功，接收请求的节点向客户端返回操作成功

#### 读操作 ####

*  客户端向es集群发送文档读请求
 *  集群的某个节点接收到请求，根据路由算法确定文档所在分片的节点列表，再根据负载均衡算法（默认轮询）确定转发给其中的某个节点
 *  分片所在节点将数据返回给接收到请求的节点，接收到请求的节点将数据返回给客户端

es集群中的概念和普通集群不同

*  普通集群：master处理写请求，master、slave都可以处理读请求
 *  es集群：master负责集群的分片管理，写请求由主分片处理，读请求主分片、副分片都可以处理。分工不同。

### es中的乐观锁 ###

*  悲观锁：每次操作时都认为别⼈会修改数据，所以操作时会先加锁。eg. 关系数据库的行锁、表锁，都是在做操作之前先上锁。
 *  乐观锁：每次操作时都认为别⼈不会修改数据，不上锁，但提交更新时会检测操作期间数据是否已被修改。

悲观锁适合写多读少、并发量小的场景，乐观锁适合读多写少、并发量大的场景。

es读多写少，常使用乐观锁解决并发问题，使用乐观锁也可以提⾼系统吞吐量。

#读文档时会返回该文档的版本号_version，假设返回的是版本号是9
    GET /mall/_doc/1999
    
    #更新文档时校验版本号（+1）。如果更新后版本号为10则返回成功，否则返回失败
    POST /mall/_doc/1999?version=10&version_type=external
    { 
     "goods_price": 12.00
    }

### 倒排索引 ###

倒排索引记录词项（分词得到的词）信息，包括含有该词的文档id、字段名、出现次数（频率）等。

搜索时，并非遍历所有文档、从前往后匹配关键字，而是在倒排索引中检索关键字，直接定位匹配的文档。

添加、更新文档时，会先把字段值中的大写字母转成小写字母，再分词，更新倒排索引中的词项信息。

### analyzer 分词器 ###

分词器又叫做分析器，有2个作用时间点

*  全文检索时对搜索关键字进行分词
 *  插入、更新文档时给字段值分词，以更新倒排索引中的词项统计信息

这也是es计算相关性（score）中的重要依据。

分词器由三部分组成

*  char filter：以字符流的形式接收文本，并对文本进行预处理
 *  tokenizer ： 分词器，对文本进行分词
 *  token filter ：token过滤器，处理分词得到的词项

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