Elasticsearch系列---Elasticsearch的基本概念及工作原理

基本概念

Elasticsearch有几个核心的概念，花几分钟时间了解一下，有助于后面章节的学习。

NRT

Near Realtime，近实时，有两个层面的含义，一是从写入一条数据到这条数据可以被搜索，有一段非常小的延迟（大约1秒左右），二是基于Elasticsearch的搜索和分析操作，耗时可以达到秒级。

Cluster

集群，对外提供索引和搜索的服务，包含一个或多个节点，每个节点属于哪个集群是通过集群名称来决定的（默认名称是elasticsearch），集群名称搞错了后果很严重。命名建议是研发、测试环境、准生产、生产环境用不同的名称增加区分度，例如研发使用es-dev，测试使用es-test，准生产使用es-stg，生产环境使用es-pro这样的名字来区分。如果是中小型应用，集群可以只有一个节点。

Node

单独一个Elasticsearch服务器实例称为一个node，node是集群的一部分，每个node有独立的名称，默认是启动时获取一个UUID作为名称，也可以自行配置，node名称特别重要，Elasticsearch集群是通过node名称进行管理和通信的，一个node只能加入一个Elasticsearch集群当中，集群提供完整的数据存储，索引和搜索的功能，它下面的每个node分摊上述功能（每条数据都会索引到node上）。

shard

分片，是单个Lucene索引，由于单台机器的存储容量是有限的（如1TB），而Elasticsearch索引的数据可能特别大（PB级别，并且30GB/天的写入量），单台机器无法存储全部数据，就需要将索引中的数据切分为多个shard，分布在多台服务器上存储。利用shard可以很好地进行横向扩展，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，提升集群整体的吞吐量和性能。
shard在使用时比较简单，只需要在创建索引时指定shard的数量即可，剩下的都交给Elasticsearch来完成，只是创建索引时一旦指定shard数量，后期就不能再更改了。

replica

索引副本，完全拷贝shard的内容，shard与replica的关系可以是一对多，同一个shard可以有一个或多个replica，并且同一个shard下的replica数据完全一样，replica作为shard的数据拷贝，承担以下三个任务：

1. shard故障或宕机时，其中一个replica可以升级成shard。
2. replica保证数据不丢失（冗余机制），保证高可用。
3. replica可以分担搜索请求，提升整个集群的吞吐量和性能。

shard的全称叫primary shard，replica全称叫replica shard，primary shard数量在创建索引时指定，后期不能修改，replica shard后期可以修改。默认每个索引的primary shard值为5，replica shard值为1，含义是5个primary shard，5个replica shard，共10个shard。
因此Elasticsearch最小的高可用配置是2台服务器。

Index

索引，具有相同结构的文档集合，类似于关系型数据库的数据库实例（6.0.0版本type废弃后，索引的概念下降到等同于数据库表的级别）。一个集群里可以定义多个索引，如客户信息索引、商品分类索引、商品索引、订单索引、评论索引等等，分别定义自己的数据结构。
索引命名要求全部使用小写，建立索引、搜索、更新、删除操作都需要用到索引名称。

type

类型，原本是在索引(Index)内进行的逻辑细分，但后来发现企业研发为了增强可阅读性和可维护性，制订的规范约束，同一个索引下很少还会再使用type进行逻辑拆分（如同一个索引下既有订单数据，又有评论数据），因而在6.0.0版本之后，此定义废弃。

Document

文档，Elasticsearch最小的数据存储单元，JSON数据格式，类似于关系型数据库的表记录（一行数据），结构定义多样化，同一个索引下的document，结构尽可能相同。

工作原理

简单地了解一下Elasticsearch的工作原理。

启动过程

当Elasticsearch的node启动时，默认使用广播寻找集群中的其他node，并与之建立连接，如果集群已经存在，其中一个节点角色特殊一些，叫coordinate node（协调者，也叫master节点），负责管理集群node的状态，有新的node加入时，会更新集群拓扑信息。如果当前集群不存在，那么启动的node就自己成为coordinate node。

应用程序与集群通信过程

虽然Elasticsearch设置了Coordinate Node用来管理集群，但这种设置对客户端（应用程序）来说是透明的，客户端可以请求任何一个它已知的node，如果该node是集群当前的Coordinate，那么它会将请求转发到相应的Node上进行处理，如果该node不是Coordinate，那么该node会先将请求转交给Coordinate Node，再由Coordinate进行转发，搓着各node返回的数据全部交由Coordinate Node进行汇总，最后返回给客户端。

集群内node有效性检测

正常工作时，Coordinate Node会定期与拓扑结构中的Node进行通信，检测实例是否正常工作，如果在指定的时间周期内，Node无响应，那么集群会认为该Node已经宕机。集群会重新进行均衡：

1. 重新分配宕机的Node，其他Node中有该Node的replica shard，选出一个replica shard，升级成为primary shard。
2. 重新安置新的shard。
3. 拓扑更新，分发给该Node的请求重新映射到目前正常的Node上。

小结

本篇章简单的向大家介绍了一下Elasticsearch的基本概念和工作原理，让大家有个比较浅显的认识，后续会结合实际的例子，来了解一下Elasticsearch基本的用法。