ElasticSearch基本原理和分布式文件系统-创新互联
目录
阶段一：Elasticsearch概念与架构
Elasticsearch的功能
Elasticsearch-Linux安装
Elasticsearch核心概念
Elasticsearch基础分布式架构
Elasticsearch的shard和replica机制、单node环境shard分配
横向扩容过程，如何超出扩容极限，以及如何提升容错性
Elasticsearch容错机制：master选举，replica容错，数据恢复
阶段二：ElasticSearch分布式文件架构
1.document核心元数据
2._source核心元数据
3.document的全量替换、强制创建以及图解lazy delete机制
4.批量查询mget
5.bulk
6.es并发冲突以及解决方案
7.分布式文件系统-document各种操作内部原理
阶段一：Elasticsearch概念与架构
Elasticsearch的功能
（1）分布式的搜索引擎和数据分析引擎
（2）全文检索，结构化检索，数据分析
（3）对海量数据进行近实时的处理
Elasticsearch-Linux安装
把程序放到后台运行： nohup ./your_command &
1.下载
wget https://artifacts.elastic.co/downloads/elasticsearch/elasticsearch-6.0.0.tar.gz
2.解压授权（es 规定 root 用户不能启动 es，所以需要使用一个其他用户来启动 es）
useradd esuser
passwd esuser
cd /home/esuser/
tar zxvf elasticsearch-6.0.0.tar.gz
chown -R esuser:esuser elasticsearch-6.0.0
3.启动（切换到普通用户）
cd elasticsearch-6.0.0
sh ./bin/elasticsearch
（如果报错jdk版本问题，可以修改系统环境变量；但是本机环境变量使用系统自带的jdk1.7，由于其他业务需要，不能改变，可以在bin/elasticsearch-env下配置临时变量
JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_144）
4.访问测试
curl localhost:9200
注：这里不能直接使用IP，需要配置（在配置前先停了线程），下面是开始配置。
5.停止es
cd elasticsearch-6.0.0/bin
ps -ef |grep elasticsearch
kill -9 上面查出来的进程号（第一行用户名后第一个）
6.修改
config/elasticsearch.yml文件里面的：network.host: 0.0.0.0
7.重启
sh elasticsearch （-d后台启动）
发现报错：
前三个错误：
ERROR: [4] bootstrap checks failed
#文件句柄太少，至少要65536
[1]: max file descriptors [4096] for elasticsearch process is too low, increase to at least [65536]
#大线程数太少，至少2048个(经典的2048游戏)
[2]: max number of threads [1024] for user [king] is too low, increase to at least [2048]
#虚拟内存太少，至少262144
[3]: max virtual memory areas vm.max_map_count [65530] is too low, increase to at least [262144]
修改：
1.更改文件句柄数
[root@localhost ~]# vi /etc/security/limits.conf
在文件中加入如下内容(*表示任何用户)
* soft nofile 65536
* hard nofile 131072
* soft nproc 2048
* hard nproc 4096
2.增加线程数
[root@localhost ~]# vi /etc/security/limits.d/90-nproc.conf
将其中的
* soft nproc 1024
1
修改为
* soft nproc 2048
3.增加虚拟内存
[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf
在其中添加
vm.max_map_count=655360
使配置生效（完成后最好换个客户端重启）：
sysctl -p
第四个错误：
[4]system call filters failed to install; check the logs and fix your configuration or disable system call filters at your own risk
原因：
这是在因为Centos6不支持SecComp，而ES5.2.0默认bootstrap.system_call_filter为true进行检测，所以导致检测失败，失败后直接导致ES不能启动。
解决：
在elasticsearch.yml中配置bootstrap.system_call_filter为false，注意要在Memory下面:
bootstrap.memory_lock: false
bootstrap.system_call_filter: false
8.再次重启（最好换另外一个客户端）
[esuser@localhost bin]$ ./elasticsearch
[root@localhost ~]# curl xxx.xx.30.27:9200
9.配置防火墙
这个时候可以在本机通过本机ip访问，还没有开防火墙，外网是不可以访问的。
1) 重启后生效
开启： chkconfig iptables on
关闭： chkconfig iptables off
2) 即时生效，重启后失效
开启： service iptables start
关闭： service iptables stop
我是临时关闭防火墙。
Elasticsearch-Windows安装
1、安装JDK，至少1.8.0_73以上版本，java -version
2、下载和解压缩Elasticsearch安装包，目录结构
3、启动Elasticsearch：bin\elasticsearch.bat，es本身特点之一就是开箱即用，如果是中小型应用，数据量少，操作不是很复杂，直接启动就可以用了
4、检查ES是否启动成功：http://localhost:9200/?pretty
name: node名称
cluster_name: 集群名称（默认的集群名称就是elasticsearch）
version.number: 5.2.0，es版本号
{
"name" : "4onsTYV",
"cluster_name" : "elasticsearch",
"cluster_uuid" : "nKZ9VK_vQdSQ1J0Dx9gx1Q",
"version" : {
"number" : "5.2.0",
"build_hash" : "24e05b9",
"build_date" : "2017-01-24T19:52:35.800Z",
"build_snapshot" : false,
"lucene_version" : "6.4.0"
},
"tagline" : "You Know, for Search"
}
5、修改集群名称：elasticsearch.yml
6、下载和解压缩Kibana安装包，使用里面的开发界面，去操作elasticsearch，作为我们学习es知识点的一个主要的界面入口
7、启动Kibana：bin\kibana.bat
8、进入Dev Tools界面
9、GET _cluster/health
Elasticsearch核心概念
（1）Near Realtime（NRT）：近实时，两个意思，从写入数据到数据可以被搜索到有一个小延迟（大概1秒）；基于es执行搜索和分析可以达到秒级
（2）Cluster：集群，包含多个节点，每个节点属于哪个集群是通过一个配置（集群名称，默认是elasticsearch）来决定的，对于中小型应用来说，刚开始一个集群就一个节点很正常
（3）Node：节点，集群中的一个节点，节点也有一个名称（默认是随机分配的），节点名称很重要（在执行运维管理操作的时候），默认节点会去加入一个名称为“elasticsearch”的集群，如果直接启动一堆节点，那么它们会自动组成一个elasticsearch集群，当然一个节点也可以组成一个elasticsearch集群
（4）Document&field：文档，es中的最小数据单元，一个document可以是一条客户数据，一条商品分类数据，一条订单数据，通常用JSON数据结构表示，每个index下的type中，都可以去存储多个document。一个document里面有多个field，每个field就是一个数据字段。
product document
{
"product_id": "1",
"product_name": "高露洁牙膏",
"product_desc": "高效美白",
"category_id": "2",
"category_name": "日化用品"
}
（5）Index：索引，包含一堆有相似结构的文档数据，比如可以有一个客户索引，商品分类索引，订单索引，索引有一个名称。一个index包含很多document，一个index就代表了一类类似的或者相同的document。比如说建立一个product index，商品索引，里面可能就存放了所有的商品数据，所有的商品document。
（6）Type：类型，每个索引里都可以有一个或多个type，type是index中的一个逻辑数据分类，一个type下的document，都有相同的field，比如博客系统，有一个索引，可以定义用户数据type，博客数据type，评论数据type。
商品index，里面存放了所有的商品数据，商品document
但是商品分很多种类，每个种类的document的field可能不太一样，比如说电器商品，可能还包含一些诸如售后时间范围这样的特殊field；生鲜商品，还包含一些诸如生鲜保质期之类的特殊field
type，日化商品type，电器商品type，生鲜商品type
日化商品type：product_id，product_name，product_desc，category_id，category_name
电器商品type：product_id，product_name，product_desc，category_id，category_name，service_period
生鲜商品type：product_id，product_name，product_desc，category_id，category_name，eat_period
每一个type里面，都会包含一堆document
{
"product_id": "2",
"product_name": "长虹电视机",
"product_desc": "4k高清",
"category_id": "3",
"category_name": "电器",
"service_period": "1年"
}
{
"product_id": "3",
"product_name": "基围虾",
"product_desc": "纯天然，冰岛产",
"category_id": "4",
"category_name": "生鲜",
"eat_period": "7天"
}
（7）shard：单台机器无法存储大量数据，es可以将一个索引中的数据切分为多个shard，分布在多台服务器上存储。有了shard就可以横向扩展，存储更多数据，让搜索和分析等操作分布到多台服务器上去执行，提升吞吐量和性能。每个shard都是一个lucene index。
（8）replica：任何一个服务器随时可能故障或宕机，此时shard可能就会丢失，因此可以为每个shard创建多个replica副本。replica可以在shard故障时提供备用服务，保证数据不丢失，多个replica还可以提升搜索操作的吞吐量和性能。primary shard（建立索引时一次设置，不能修改，默认5个），replica shard（随时修改数量，默认1个），默认每个索引10个shard，5个primary shard，5个replica shard，最小的高可用配置，是2台服务器。
Elasticsearch基础分布式架构
1、Elasticsearch对复杂分布式机制的透明隐藏特性
2、Elasticsearch的垂直扩容与水平扩容
3、增减或减少节点时的数据rebalance
4、master节点
5、节点对等的分布式架构
Elasticsearch的shard和replica机制、单node环境shard分配
1、shard&replica机制再次梳理
（1）index包含多个shard
（2）每个shard都是一个最小工作单元，承载部分数据，lucene实例，完整的建立索引和处理请求的能力
（3）增减节点时，shard会自动在nodes中负载均衡
（4）primary shard和replica shard，每个document肯定只存在于某一个primary shard以及其对应的replica shard中，不可能存在于多个primary shard
（5）replica shard是primary shard的副本，负责容错，以及承担读请求负载
（6）primary shard的数量在创建索引的时候就固定了，replica shard的数量可以随时修改
（7）primary shard的默认数量是5，replica默认是1，默认有10个shard，5个primary shard，5个replica shard
（8）primary shard不能和自己的replica shard放在同一个节点上（否则节点宕机，primary shard和副本都丢失，起不到容错的作用），但是可以和其他primary shard的replica shard放在同一个节点上
------------------------------------------------------------------------------------------------
2、单node环境下创建index是什么样子的
（1）单node环境下，创建一个index，有3个primary shard，3个replica shard
（2）集群status是yellow
（3）这个时候，只会将3个primary shard分配到仅有的一个node上去，另外3个replica shard是无法分配的
（4）集群可以正常工作，但是一旦出现节点宕机，数据全部丢失，而且集群不可用，无法承接任何请求
PUT /test_index
{
"settings" : {
"number_of_shards" : 3,
"number_of_replicas" : 1
}
}
3、2个node环境下replica shard是如何分配的
（1）replica shard分配：3个primary shard，3个replica shard，1 node
（2）primary ---> replica同步
（3）读请求：primary/replica
横向扩容过程，如何超出扩容极限，以及如何提升容错性
（1）primary&replica自动负载均衡，6个shard，3 primary，3 replica
（2）每个node有更少的shard，IO/CPU/Memory资源给每个shard分配更多，每个shard性能更好
（3）扩容的极限，6个shard（3 primary，3 replica），最多扩容到6台机器，每个shard可以占用单台服务器的所有资源，性能最好
（4）超出扩容极限，动态修改replica数量，9个shard（3primary，6 replica），扩容到9台机器，比3台机器时，拥有3倍的读吞吐量
（5）3台机器下，9个shard（3 primary，6 replica），资源更少，但是容错性更好，最多容纳2台机器宕机，6个shard只能容纳0台机器宕机
（6）这里的这些知识点，你综合起来看，就是说，一方面告诉你扩容的原理，怎么扩容，怎么提升系统整体吞吐量；另一方面要考虑到系统的容错性，怎么保证提高容错性，让尽可能多的服务器宕机，保证数据不丢失
Elasticsearch容错机制：master选举，replica容错，数据恢复
（1）9 shard，3 node
（2）master node宕机，自动master选举，red
（3）replica容错：新master将replica提升为primary shard，yellow
（4）重启宕机node，master copy replica到该node，使用原有的shard并同步宕机后的修改，green
阶段二：ElasticSearch分布式文件架构
1.document核心元数据
1、_index元数据
2、_type元数据
3、_id元数据
{
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "1",
"_version": 1,
"found": true,
"_source": {
"test_content": "test test"
}
}
1.1、_index元数据
（1）代表一个document存放在哪个index中
（2）类似的数据放在一个索引，非类似的数据放不同索引：product index（包含了所有的商品），sales index（包含了所有的商品销售数据），inventory index（包含了所有库存相关的数据）。如果你把比如product，sales，human resource（employee），全都放在一个大的index里面，比如说company index，不合适的。
（3）index中包含了很多类似的document：类似是什么意思，其实指的就是说，这些document的fields很大一部分是相同的，你说你放了3个document，每个document的fields都完全不一样，这就不是类似了，就不太适合放到一个index里面去了。
（4）索引名称必须是小写的，不能用下划线开头，不能包含逗号：product，website，blog
1.2、_type元数据
（1）代表document属于index中的哪个类别（type）
（2）一个索引通常会划分为多个type，逻辑上对index中有些许不同的几类数据进行分类：因为一批相同的数据，可能有很多相同的fields，但是还是可能会有一些轻微的不同，可能会有少数fields是不一样的，举个例子，就比如说，商品，可能划分为电子商品，生鲜商品，日化商品，等等。
（3）type名称可以是大写或者小写，但是同时不能用下划线开头，不能包含逗号
1.3、_id元数据
（1）代表document的唯一标识，与index和type一起，可以唯一标识和定位一个document
（2）我们可以手动指定document的id（put /index/type/id），也可以不指定，由es自动为我们创建一个id
1、手动指定document id
（1）根据应用情况来说，是否满足手动指定document id的前提：
一般来说，是从某些其他的系统中，导入一些数据到es时，会采取这种方式，就是使用系统中已有数据的唯一标识，作为es中document的id。举个例子，比如说，我们现在在开发一个电商网站，做搜索功能，或者是OA系统，做员工检索功能。这个时候，数据首先会在网站系统或者IT系统内部的数据库中，会先有一份，此时就肯定会有一个数据库的primary key（自增长，UUID，或者是业务编号）。如果将数据导入到es中，此时就比较适合采用数据在数据库中已有的primary key。
如果说，我们是在做一个系统，这个系统主要的数据存储就是es一种，也就是说，数据产生出来以后，可能就没有id，直接就放es一个存储，那么这个时候，可能就不太适合说手动指定document id的形式了，因为你也不知道id应该是什么，此时可以采取下面要讲解的让es自动生成id的方式。
（2）put /index/type/id
PUT /test_index/test_type/2
{
"test_content": "my test"
}
2、自动生成document id
（1）post /index/type
POST /test_index/test_type
{
"test_content": "my test"
}
{
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "AVp4RN0bhjxldOOnBxaE",
"_version": 1,
"result": "created",
"_shards": {
"total": 2,
"successful": 1,
"failed": 0
},
"created": true
}
（2）自动生成的id，长度为20个字符，URL安全，base64编码，GUID，分布式系统并行生成时不可能会发生冲突
2._source核心元数据
2.1、_source元数据
put /test_index/test_type/1
{
"test_field1": "test field1",
"test_field2": "test field2"
}
get /test_index/test_type/1
{
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "1",
"_version": 2,
"found": true,
"_source": {
"test_field1": "test field1",
"test_field2": "test field2"
}
}
_source元数据：就是说，我们在创建一个document的时候，使用的那个放在request body中的json串，默认情况下，在get的时候，会原封不动的给我们返回回来。
2.2、定制返回结果
定制返回的结果，指定_source中，返回哪些field
GET /test_index/test_type/1?_source=test_field1,test_field2
{
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "1",
"_version": 2,
"found": true,
"_source": {
"test_field2": "test field2"
}
}
3.document的全量替换、强制创建以及图解lazy delete机制
3.1、document的全量替换
（1）语法与创建文档是一样的，如果document id不存在，那么就是创建；如果document id已经存在，那么就是全量替换操作，替换document的json串内容
（2）document是不可变的，如果要修改document的内容，第一种方式就是全量替换，直接对document重新建立索引，替换里面所有的内容
（3）es会将老的document标记为deleted，然后新增我们给定的一个document，当我们创建越来越多的document的时候，es会在适当的时机在后台自动删除标记为deleted的document
3.2、document的强制创建
（1）创建文档与全量替换的语法是一样的，有时我们只是想新建文档，不想替换文档，如果强制进行创建呢？
（2）PUT /index/type/id?op_type=create，PUT /index/type/id/_create
3.3、document的删除
（1）DELETE /index/type/id
（2）不会理解物理删除，只会将其标记为deleted，当数据越来越多的时候，在后台自动删除
4.批量查询mget
4.1、批量查询的好处
就是一条一条的查询，比如说要查询100条数据，那么就要发送100次网络请求，这个开销还是很大的
如果进行批量查询的话，查询100条数据，就只要发送1次网络请求，网络请求的性能开销缩减100倍
4.2、mget的语法
（1）一条一条的查询
GET /test_index/test_type/1
GET /test_index/test_type/2
（2）mget批量查询
GET /_mget
{
"docs" : [
{
"_index" : "test_index",
"_type" : "test_type",
"_id" : 1
},
{
"_index" : "test_index",
"_type" : "test_type",
"_id" : 2
}
]
}
{
"docs": [
{
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "1",
"_version": 2,
"found": true,
"_source": {
"test_field1": "test field1",
"test_field2": "test field2"
}
},
{
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "2",
"_version": 1,
"found": true,
"_source": {
"test_content": "my test"
}
}
]
}
（3）如果查询的document是一个index下的不同type种的话
GET /test_index/_mget
{
"docs" : [
{
"_type" : "test_type",
"_id" : 1
},
{
"_type" : "test_type",
"_id" : 2
}
]
}
（4）如果查询的数据都在同一个index下的同一个type下，最简单了
GET /test_index/test_type/_mget
{
"ids": [1, 2]
}4.3、mget的重要性
可以说mget是很重要的，一般来说，在进行查询的时候，如果一次性要查询多条数据的话，那么一定要用batch批量操作的api
尽可能减少网络开销次数，可能可以将性能提升数倍，甚至数十倍，非常非常之重要
5.bulk
5.1、bulk语法
POST /_bulk
{ "delete": { "_index": "test_index", "_type": "test_type", "_id": "3" }}
{ "create": { "_index": "test_index", "_type": "test_type", "_id": "12" }}
{ "test_field": "test12" }
{ "index": { "_index": "test_index", "_type": "test_type", "_id": "2" }}
{ "test_field": "replaced test2" }
{ "update": { "_index": "test_index", "_type": "test_type", "_id": "1", "_retry_on_conflict" : 3} }
{ "doc" : {"test_field2" : "bulk test1"} }每一个操作要两个json串，语法如下：
{"action": {"metadata"}}
{"data"}
举例，比如你现在要创建一个文档，放bulk里面，看起来会是这样子的：
{"index": {"_index": "test_index", "_type", "test_type", "_id": "1"}}
{"test_field1": "test1", "test_field2": "test2"}
有哪些类型的操作可以执行呢？
（1）delete：删除一个文档，只要1个json串就可以了
（2）create：PUT /index/type/id/_create，强制创建
（3）index：普通的put操作，可以是创建文档，也可以是全量替换文档
（4）update：执行的partial update操作
bulk api对json的语法，有严格的要求，每个json串不能换行，只能放一行，同时一个json串和一个json串之间，必须有一个换行
bulk操作中，任意一个操作失败，是不会影响其他的操作的，但是在返回结果里，会告诉你异常日志
POST /test_index/_bulk
{ "delete": { "_type": "test_type", "_id": "3" }}
{ "create": { "_type": "test_type", "_id": "12" }}
{ "test_field": "test12" }
{ "index": { "_type": "test_type" }}
{ "test_field": "auto-generate id test" }
{ "index": { "_type": "test_type", "_id": "2" }}
{ "test_field": "replaced test2" }
{ "update": { "_type": "test_type", "_id": "1", "_retry_on_conflict" : 3} }
{ "doc" : {"test_field2" : "bulk test1"} }
POST /test_index/test_type/_bulk
{ "delete": { "_id": "3" }}
{ "create": { "_id": "12" }}
{ "test_field": "test12" }
{ "index": { }}
{ "test_field": "auto-generate id test" }
{ "index": { "_id": "2" }}
{ "test_field": "replaced test2" }
{ "update": { "_id": "1", "_retry_on_conflict" : 3} }
{ "doc" : {"test_field2" : "bulk test1"} }5.2、bulk size最佳大小
bulk request会加载到内存里，如果太大的话，性能反而会下降，因此需要反复尝试一个最佳的bulk size。一般从1000~5000条数据开始，尝试逐渐增加。另外，如果看大小的话，最好是在5~15MB之间
6.es并发冲突以及解决方案
6.1. 图解剖析Elasticsearch并发冲突问题
6.2.乐观锁和悲观锁并发控制方案
6.3.es基于_version进行乐观锁并发控制
（1）_version元数据
PUT /test_index/test_type/6
{
"test_field": "test test"
}
{
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "6",
"_version": 1,
"result": "created",
"_shards": {
"total": 2,
"successful": 1,
"failed": 0
},
"created": true
}
第一次创建一个document的时候，它的_version内部版本号就是1；以后，每次对这个document执行修改或者删除操作，都会对这个_version版本号自动加1；哪怕是删除，也会对这条数据的版本号加1
{
"found": true,
"_index": "test_index",
"_type": "test_type",
"_id": "6",
"_version": 4,
"result": "deleted",
"_shards": {
"total": 2,
"successful": 1,
"failed": 0
}
}会发现，在删除一个document之后，可以从一个侧面证明，它不是立即物理删除掉的，因为它的一些版本号等信息还是保留着的。先删除一条document，再重新创建这条document，其实会在delete version基础之上，再把version号加1
6.4.external version
es提供了一个feature，就是说，你可以不用它提供的内部_version版本号来进行并发控制，可以基于你自己维护的一个版本号来进行并发控制。举个列子，加入你的数据在mysql里也有一份，然后你的应用系统本身就维护了一个版本号，无论是什么自己生成的，程序控制的。这个时候，你进行乐观锁并发控制的时候，可能并不是想要用es内部的_version来进行控制，而是用你自己维护的那个version来进行控制。
6.5、partial update
什么是partial update？
PUT /index/type/id，创建文档&替换文档，就是一样的语法
一般对应到应用程序中，每次的执行流程基本是这样的：
（1）应用程序先发起一个get请求，获取到document，展示到前台界面，供用户查看和修改
（2）用户在前台界面修改数据，发送到后台
（3）后台代码，会将用户修改的数据在内存中进行执行，然后封装好修改后的全量数据
（4）然后发送PUT请求，到es中，进行全量替换
（5）es将老的document标记为deleted，然后重新创建一个新的document
partial update
post /index/type/id/_update
{
"doc": {
"要修改的少数几个field即可，不需要全量的数据"
}
}
看起来，好像就比较方便了，每次就传递少数几个发生修改的field即可，不需要将全量的document数据发送过去
图解partial update实现原理以及其优点
Partial update相比全量请求的优缺点：
所有的查询、修改和写回操作，都发生在es中的一个shard内部，避免了所有的网络数据传输的开销（如果全量请求的话，会从es中找一批数据放回Java应用中，然后Java应用修改，传回es中修改请求，这就是两次网络开销，而partial update只在一个shard中操作所有）
7.分布式文件系统-document各种操作内部原理
7.1.document数据路由原理（shard为什么不可变）
（1）document路由到shard上是什么意思？
（2）路由算法：shard = hash(routing) % number_of_primary_shards
举个例子，一个index有3个primary shard，P0，P1，P2
每次增删改查一个document的时候，都会带过来一个routing number，默认就是这个document的_id（可能是手动指定，也可能是自动生成）
routing = _id，假设_id=1
会将这个routing值，传入一个hash函数中，产出一个routing值的hash值，hash(routing) = 21
然后将hash函数产出的值对这个index的primary shard的数量求余数，21 % 3 = 0
就决定了，这个document就放在P0上。
决定一个document在哪个shard上，最重要的一个值就是routing值，默认是_id，也可以手动指定，相同的routing值，每次过来，从hash函数中，产出的hash值一定是相同的
无论hash值是几，无论是什么数字，对number_of_primary_shards求余数，结果一定是在0~number_of_primary_shards-1之间这个范围内的。0,1,2。
（3）_id or custom routing value
默认的routing就是_id
也可以在发送请求的时候，手动指定一个routing value，比如说put /index/type/id?routing=user_id
手动指定routing value是很有用的，可以保证说，某一类document一定被路由到一个shard上去，那么在后续进行应用级别的负载均衡，以及提升批量读取的性能的时候，是很有帮助的
（4）primary shard数量不可变的谜底
7.2.es增删改内部原理
（1）客户端选择一个node发送请求过去，这个node就是coordinating node（协调节点）
（2）coordinating node，对document进行路由，将请求转发给对应的node（有primary shard）
（3）实际的node上的primary shard处理请求，然后将数据同步到replica node
（4）coordinating node，如果发现primary node和所有replica node都搞定之后，就返回响应结果给客户端
7.3.写一致性原理以及quorum机制
（1）consistency，one（primary shard），all（all shard），quorum（default）
我们在发送任何一个增删改操作的时候，比如说put /index/type/id，都可以带上一个consistency参数，指明我们想要的写一致性是什么？
put /index/type/id?consistency=quorum
one：要求我们这个写操作，只要有一个primary shard是active活跃可用的，就可以执行
all：要求我们这个写操作，必须所有的primary shard和replica shard都是活跃的，才可以执行这个写操作
quorum：默认的值，要求所有的shard中，必须是大部分的shard都是活跃的，可用的，才可以执行这个写操作
（2）quorum机制，写之前必须确保大多数shard都可用，int( (primary + number_of_replicas) / 2 ) + 1，当number_of_replicas>1时才生效
quroum = int( (primary + number_of_replicas) / 2 ) + 1
举个例子，3个primary shard，number_of_replicas=1，总共有3 + 3 * 1 = 6个shard
quorum = int( (3 + 1) / 2 ) + 1 = 3
所以，要求6个shard中至少有3个shard是active状态的，才可以执行这个写操作
（3）如果节点数少于quorum数量，可能导致quorum不齐全，进而导致无法执行任何写操作
3个primary shard，replica=1，要求至少3个shard是active，3个shard按照之前学习的shard&replica机制，必须在不同的节点上，如果说只有2台机器的话，是不是有可能出现说，3个shard都没法分配齐全，此时就可能会出现写操作无法执行的情况
es提供了一种特殊的处理场景，就是说当number_of_replicas>1时才生效，因为假如说，你就一个primary shard，replica=1，此时就2个shard
(1 + 1 / 2) + 1 = 2，要求必须有2个shard是活跃的，但是可能就1个node，此时就1个shard是活跃的，如果你不特殊处理的话，导致我们的单节点集群就无法工作
（4）quorum不齐全时，wait，默认1分钟，timeout，100，30s
等待期间，期望活跃的shard数量可以增加，最后实在不行，就会timeout
我们其实可以在写操作的时候，加一个timeout参数，比如说put /index/type/id?timeout=30，这个就是说自己去设定quorum不齐全的时候，es的timeout时长，可以缩短，也可以增长
7.4.es查询内部原理
1、客户端发送请求到任意一个node，成为coordinate node
2、coordinate node对document进行路由，将请求转发到对应的node，此时会使用round-robin随机轮询算法，在primary shard以及其所有replica中随机选择一个，让读请求负载均衡
3、接收请求的node返回document给coordinate node
4、coordinate node返回document给客户端
5、特殊情况：document如果还在建立索引过程中，可能只有primary shard有，任何一个replica shard都没有，此时可能会导致无法读取到document，但是document完成索引建立之后，primary shard和replica shard就都有了
7.5.json格式
bulk api奇特的json格式
{"action": {"meta"}}
{"data"}
{"action": {"meta"}}
{"data"}
[{
"action": {
},
"data": {
}
}]
1、bulk中的每个操作都可能要转发到不同的node的shard去执行
2、如果采用比较良好的json数组格式
允许任意的换行，整个可读性非常棒，读起来很爽，es拿到那种标准格式的json串以后，要按照下述流程去进行处理
（1）将json数组解析为JSONArray对象，这个时候，整个数据，就会在内存中出现一份一模一样的拷贝，一份数据是json文本，一份数据是JSONArray对象
（2）解析json数组里的每个json，对每个请求中的document进行路由
（3）为路由到同一个shard上的多个请求，创建一个请求数组
（4）将这个请求数组序列化
（5）将序列化后的请求数组发送到对应的节点上去
3、耗费更多内存，更多的jvm gc开销
我们之前提到过bulk size最佳大小的那个问题，一般建议说在几千条那样，然后大小在10MB左右，所以说，可怕的事情来了。假设说现在100个bulk请求发送到了一个节点上去，然后每个请求是10MB，100个请求，就是1000MB = 1GB，然后每个请求的json都copy一份为jsonarray对象，此时内存中的占用就会翻倍，就会占用2GB的内存，甚至还不止。因为弄成jsonarray之后，还可能会多搞一些其他的数据结构，2GB+的内存占用。
占用更多的内存可能就会积压其他请求的内存使用量，比如说最重要的搜索请求，分析请求，等等，此时就可能会导致其他请求的性能急速下降
另外的话，占用内存更多，就会导致java虚拟机的垃圾回收次数更多，跟频繁，每次要回收的垃圾对象更多，耗费的时间更多，导致es的java虚拟机停止工作线程的时间更多
4、现在的奇特格式
{"action": {"meta"}}
{"data"}
{"action": {"meta"}}
{"data"}
（1）不用将其转换为json对象，不会出现内存中的相同数据的拷贝，直接按照换行符切割json
（2）对每两个一组的json，读取meta，进行document路由
（3）直接将对应的json发送到node上去
5、大的优势在于，不需要将json数组解析为一个JSONArray对象，形成一份大数据的拷贝，浪费内存空间，尽可能地保证性能
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本文标题：ElasticSearch基本原理和分布式文件系统-创新互联
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