使用 Elasticsearch 前应该知道的一些事情

现在有一个需求，建立一个知识库，能够对 PDF、doc、excel 类型的资料进行全文搜索。知识库其实是一个信息检索系统（如下图所示），比如搜索引擎，要通过爬虫采集信息、根据规则索引信息、根据用户的查询请求返回信息。

常用的全文搜索引擎有 Elasticsearch 和 Solr 两种，它们都是基于 Apache Lucene 开发而成的。Lucene 则是一个 Java 库，直接使用 Lucene 有一些弊端，比如 Lucene 的使用比较复杂，需要将 Lucene 直接集成到应用程序中等。

Elasticsearch 和 Solr 都是基于 Lucene 开发的，它们隐藏了 Lucene 的复杂性，并具有更优秀的特性。至于选择 Elasticsearch 还是 Solr 可以看这篇文章：全文搜索引擎 ElasticSearch 还是 Solr？。

倒排索引

索引是构成搜索引擎的核心技术之一，信息检索系统使用倒排索引的方式来存储数据。

举例说明什么是倒排索引

索引就像是一本书的目录，目录中包含章节名和页码。通过目录我们可以快速定位到文章内容。倒排索引就像是书后面的术语列表，它会列出一个术语在书中的哪些地方出现过。

再举一个例子，有下面这样一个文档。我们希望输入关键字之后，信息检索系统能够告诉我们哪几个文档包含了输入的关键字。

系统会先将文档进行分词，就像书后面的术语表一样，剔除一些助词，比如：的、得、地，剔除一些没有意义的组合，比如：人工智能这个四个字中，「人工」是一个词，「智能」是一个词，「工智」就不是一个词。这个我们可以通过开源的分词器来完成。

通过分词器，我们可以把文档中的内容划分成一个个词项，并统计词项在文档中出现的频率。比如 Elasticsearch 这个词分别在文档 1、文档 2、文档 3 中出现了 3 次。所以它的词频是 3，倒排记录表为1:1->2:0->3:0，词频同时也是倒排记录表的长度。

Elasticsearch 中的倒排列表（Posting List）记录了单词对应的文档结合，由倒排索引项（Posting）组成 ，它包括以下 4 项内容：

• 文档 ID
• 词频 TF —— 该单词在文档中出现的次数，用于相关性评分
• 位置（Postion）—— 单位在文档中分词的位置。用于语句搜索（phrase query）
• 偏移（Offset）—— 记录单词的开始结束位置，实现高亮

为什么检索系统要使用倒排索引

倒排索引是存储信息的一种方式，讲到索引我们也很容易想到 MySQL、Oracle 数据库，那么为什么不用关系型数据库来存储文档，并对其进行检索，而用倒排索引呢？原因有以下几点：

1. 关系型数据库适合搜索结构化的数据，ES 适合搜索非结构化的数据。结构化的数据比如数据库中的字段，非结构化数据指格式不固定，长度不固定的数据，比如 PDF、word。
2. 搜索引擎的数据量大，包含数以亿计的网页，用关系型数据库难以管理这样海量的数据。
3. 搜索引擎使用的数据操作更加简单，要求的是响应速度和检索效率。

Elasticsearch 的用途和工作原理

Elasticsearch 是一个分布式的开源搜索和分析引擎，适用于所有类型的数据，包括文本、数字、地理空间、结构化和非结构化数据。Elasticsearch 在 Apache Lucene 的基础上开发而成，由 Elasticsearch N.V.（即现在的 Elastic）于 2010 年首次发布。Elasticsearch 以其简单的 REST 风格 API、分布式特性、速度和可扩展性而闻名，是 Elastic Stack 的核心组件；Elastic Stack 是适用于数据采集、充实、存储、分析和可视化的一组开源工具。人们通常将 Elastic Stack 称为 ELK Stack（代指 Elasticsearch、Logstash 和 Kibana），目前 Elastic Stack 包括一系列丰富的轻量型数据采集代理，这些代理统称为 Beats，可用来向 Elasticsearch 发送数据。

Elasticsearch 在速度和可扩展性方面都表现出色，而且还能够索引多种类型的内容，这意味着其可用于多种用例：应用程序搜索、网站搜索、企业搜索、日志处理和分析、基础设施指标和容器监测、应用程序性能监测、地理空间数据分析和可视化、安全分析、业务分析。

原始数据会从多个来源（包括日志、系统指标和网络应用程序）输入到 Elasticsearch 中。数据采集指在 Elasticsearch 中进行索引之前解析、标准化并充实这些原始数据的过程。这些数据在 Elasticsearch 中索引完成之后，用户便可针对他们的数据运行复杂的查询，并使用聚合来检索自身数据的复杂汇总。在 Kibana 中，用户可以基于自己的数据创建强大的可视化，分享仪表板，并对 Elastic Stack 进行管理。

以上内容摘自官网：什么是 Elasticsearch？

Elasticsearch 各个版本的特性

• 0.4: 2010 年 2 月第一次发布
• 1.0：2014 年 1 月
• 2.0：2015 年 10 月
• 5.0：2016 年 10 月
• 6.0：2017 年 10 月
• 7.0：2019 年 4 月

5.X 新特性：Elasticsearch 的版本从 2.x 直接跳到 5.x 是为了使 ELK 套件的版本统一，从 5.x 之后 ELK 都推荐使用统一的版本。5.x 基于 Lucene 6.x，默认打分机制从 TF-IDF 改为 BM 25。支持 Ingest 节点 / Painless Scripting / Comletion suggested 支持 / 原生 Java REST 客户端。

6.x 新特性基于 Lucene 7.x，支持跨集群复制（CCR） 、索引生命周期管理 、SQL 的支持，全新的基于操作的数据复制框架，可加快恢复数据。

7.x 新特性基于 Lucene 8.0，正式废除单个索引下多 Type 的支持，7.1 开始，Security 功能免费使用。同时提供了 ECK（Elasticsearch Operator on Kubernetes ）、New Cluster coordiantion 、Feature-Complete High level REST Client 、Scpipt Score Query 等新特性。

目前（2019年12月1日）最新版本是7.4.2，7.x 做了很大的升级，推荐直接使用 7.x 版本。

ELK Stack

ELK”是三个开源项目的首字母缩写，这三个项目分别是：Elasticsearch、Logstash 和 Kibana。Elasticsearch 是一个搜索和分析引擎。Logstash 是服务器端数据处理管道，能够同时从多个来源采集数据，转换数据，然后将数据发送到诸如 Elasticsearch 等“存储库”中。Kibana 则可以让用户在 Elasticsearch 中使用图形和图表对数据进行可视化。

什么是 ELK Stack？——很简单，指的就是 Elastic Stack。

ELK 使用场景

• 网站搜索 / 垂直搜索 / 代码搜索
• 日志管理与分析 / 安全指标监控 / 应用性能监控 / WEB抓取舆情分

Elasticsearch

Elasticsearch 支持大部系统，具体可以在 Support Matrix 中查看。Elasticsearch 的安装可以查看 Installing Elasticsearch，我用的是当前（2019年12月1日）最新的版本 7.4.2。安装完成之后的目录结构，如下图所示：

启动 Elasticsearch 可以使用 bin/elasticsearch 命令，再通过 http://localhost:9200/ 访问，看到下面这样的信息就表示启动成功。

{
  "name" : "shuiyujiedeMacBook-Pro.local",
  "cluster_name" : "elasticsearch",
  "cluster_uuid" : "zBcJ9WboQ9e96xXNMxEHwg",
  "version" : {
    "number" : "7.4.2",
    "build_flavor" : "default",
    "build_type" : "tar",
    "build_hash" : "2f90bbf7b93631e52bafb59b3b049cb44ec25e96",
    "build_date" : "2019-10-28T20:40:44.881551Z",
    "build_snapshot" : false,
    "lucene_version" : "8.2.0",
    "minimum_wire_compatibility_version" : "6.8.0",
    "minimum_index_compatibility_version" : "6.0.0-beta1"
  },
  "tagline" : "You Know, for Search"
}

ELK 都支持插件，使用 bin/elasticsearch-plugin list 查看本机安装了哪些插件，也可以使用 http://localhost:9200/_cat/plugins 来查看插件。安装插件则使用 install 命令，如：bin/elasticsearch-plugin install analysis-icu 。

如果想要启动多个实例，则可以使用如下的方式：

# 启动单节点
bin/elasticsearch -E node.name=node0 -E cluster.name=geektime -E path.data=node0_data

# 多实例
bin/elasticsearch -E node.name=node1 -E cluster.name=geektime -E path.data=node1_data
bin/elasticsearch -E node.name=node2 -E cluster.name=geektime -E path.data=node2_data
bin/elasticsearch -E node.name=node3 -E cluster.name=geektime -E path.data=node3_data

# 删除进程
ps grep | elasticsearch | kill pid

Kibana

Kibana 则可以让用户在 Elasticsearch 中使用图形和图表对数据进行可视化。我们可以在这里下载Kibana。跟随文档提供的 Installation steps 可以启动 Kibana。

Kibana 的使用步骤可以查看这个文档：Set up Kibana。这里提两点，第一点关于插件，ELK 都支持插件对功能进行扩展。可以使用bin/kibana-plugin list 查看插件。更多插件相关内容可以查阅 Know Plugins。

第二点关于汉化，需要在配置文件 kibana.yml 中加入i18n.locale: "zh-CN"。

Logstash

Logstash 是服务器端数据处理管道，能够同时从多个来源采集数据，转换数据，然后将数据发送到诸如 Elasticsearch 等“存储库”中。

Logstash 的使用也是大同小异，下载 Logstash 的安装包，具体可以查看 Logstash Reference。我们可以下载 MovieLens 这个数据集，接着在 movielens/logstash.conf 文件中配置 csv 文件的地址，通过 Logstash 将数据导入到 Elasticsearch。

相关阅读

• Elasticsearch 官网
• Elasticsearch Certification
• ElasticSearch Engineering I training
• ElasticSearch Engineering II training
• 《Elasticsearch 核心技术与实战》
• https://www.elastic.co/cn/use...
• https://www.objectrocket.com/...
• https://hackernoon.com/elasti...
• https://dzone.com/articles/el...