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elasticsearch的数据搜索

   日期:2024-11-03     移动:http://mip.tpjde.com/quote/218.html

elasticsearch的查询依然是基于JSON风格的DSL来实现的。

elasticsearch的数据搜索

Elasticsearch提供了基于JSON的DSL(Domain Specific Language)来定义查询。常见的查询类型包括

  • 查询所有:查询出所有数据,一般测试用。例如:match_all

  • 全文检索(full text)查询:利用分词器对用户输入内容分词,然后去倒排索引库中匹配。例如

    • match_query

    • multi_match_query

  • 精确查询:根据精确词条值查找数据,一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。例如

    • ids

    • range

    • term

  • 地理(geo)查询:根据经纬度查询。例如

    • geo_distance

    • geo_bounding_box

  • 复合(compound)查询:复合查询可以将上述各种查询条件组合起来,合并查询条件。例如

    • bool

    • function_score

查询的语法基本一致

我们以查询所有为例,其中

  • 查询类型为match_all

  • 没有查询条件

     

    其它查询无非就是查询类型查询条件的变化。

全文检索查询的基本流程如下

  • 对用户搜索的内容做分词,得到词条

  • 根据词条去倒排索引库中匹配,得到文档id

  • 根据文档id找到文档,返回给用户

比较常用的场景包括

  • 商城的输入框搜索

  • 百度输入框搜索

例如京东

基本语法

常见的全文检索查询包括

  • match查询:单字段查询

  • multi_match查询:多字段查询,任意一个字段符合条件就算符合查询条件

match查询语法如下

 mulit_match语法如下

示例

可以看到,两种查询结果是一样的,为什么

因为我们将brand、name、business值都利用copy_to复制到了all字段中。因此你根据三个字段搜索,和根据all字段搜索效果当然一样了。

但是,搜索字段越多,对查询性能影响越大,因此建议采用copy_to,然后单字段查询的方式。

match和multi_match的区别是什么

  • match:根据一个字段查询

  • multi_match:根据多个字段查询,参与查询字段越多,查询性能越差

精确查询一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。所以不会对搜索条件分词。常见的有

  • term:根据词条精确值查询

  • range:根据值的范围查询

term查询

因为精确查询的字段搜是不分词的字段,因此查询的条件也必须是不分词的词条。查询时,用户输入的内容跟自动值完全匹配时才认为符合条件。如果用户输入的内容过多,反而搜索不到数据。  

range查询

范围查询,一般应用在对数值类型做范围过滤的时候。比如做价格范围过滤。  

基本语法

精确查询常见的有哪些

  • term查询:根据词条精确匹配,一般搜索keyword类型、数值类型、布尔类型、日期类型字段

  • range查询:根据数值范围查询,可以是数值、日期的范围

所谓的地理坐标查询,其实就是根据经纬度查询,官方文档:Geo queries | Elasticsearch Guide [8.12] | Elastic

常见的使用场景包括

  • 携程:搜索我附近的酒店

  • 滴滴:搜索我附近的出租车

  • 微信:搜索我附近的人

矩形范围查询

矩形范围查询,也就是geo_bounding_box查询,查询坐标落在某个矩形范围的所有文档

查询时,需要指定矩形的左上右下两个点的坐标,然后画出一个矩形,落在该矩形内的都是符合条件的点。

语法如下

附近查询

附近查询,也叫做距离查询(geo_distance:查询到指定中心点小于某个距离值的所有文档。

换句话来说,在地图上找一个点作为圆心,以指定距离为半径,画一个圆,落在圆内的坐标都算符合条件

我们先搜索陆家嘴附近15km的酒店

复合(compound)查询:复合查询可以将其它简单查询组合起来,实现更复杂的搜索逻辑。常见的有两种

  • fuction score:算分函数查询,可以控制文档相关性算分,控制文档排名

  • bool query:布尔查询,利用逻辑关系组合多个其它的查询,实现复杂搜索

相关性算分

当我们利用match查询时,文档结果会根据与搜索词条的关联度打分(_score,返回结果时按照分值降序排列。

例如,我们搜索 "虹桥如家",结果如下

在后来的5.1版本升级中,elasticsearch将算法改进为BM25算法,公式如下

小结:elasticsearch会根据词条和文档的相关度做打分,算法由两种

  • TF-IDF算法

  • BM25算法,elasticsearch5.1版本后采用的算法

算分函数查询

根据相关度打分是比较合理的需求,但合理的不一定是产品经理需要的。

以百度为例,你搜索的结果中,并不是相关度越高排名越靠前,而是谁掏的钱多排名就越靠前。如图

要想认为控制相关性算分,就需要利用elasticsearch中的function score 查询了。

1)语法说明

function score 查询中包含四部分内容

  • 原始查询条件:query部分,基于这个条件搜索文档,并且基于BM25算法给文档打分原始算分(query score)

  • 过滤条件:filter部分,符合该条件的文档才会重新算分

  • 算分函数:符合filter条件的文档要根据这个函数做运算,得到的函数算分(function score,有四种函数

    • weight:函数结果是常量

    • field_value_factor:以文档中的某个字段值作为函数结果

    • random_score:以随机数作为函数结果

    • script_score:自定义算分函数算法

  • 运算模式:算分函数的结果、原始查询的相关性算分,两者之间的运算方式,包括

    • multiply:相乘

    • replace:用function score替换query score

    • 其它,例如:sum、avg、max、min

function score的运行流程如下

  • 1)根据原始条件查询搜索文档,并且计算相关性算分,称为原始算分(query score

  • 2)根据过滤条件,过滤文档

  • 3)符合过滤条件的文档,基于算分函数运算,得到函数算分(function score

  • 4)将原始算分(query score)和函数算分(function score)基于运算模式做运算,得到最终结果,作为相关性算分。

因此,其中的关键点是

  • 过滤条件:决定哪些文档的算分被修改

  • 算分函数:决定函数算分的算法

  • 运算模式:决定最终算分结果

需求:给“如家”这个品牌的酒店排名靠前一些

翻译一下这个需求,转换为之前说的四个要点

  • 原始条件:不确定,可以任意变化

  • 过滤条件:brand = "如家"

  • 算分函数:可以简单粗暴,直接给固定的算分结果,weight

  • 运算模式:比如求和

因此最终的DSL语句如下

添加了算分函数后,如家得分就提升了

function score query定义的三要素是什么

  • 过滤条件:哪些文档要加分

  • 算分函数:如何计算function score

  • 加权方式:function score 与 query score如何运算

布尔查询

布尔查询是一个或多个查询子句的组合,每一个子句就是一个子查询。子查询的组合方式有

  • must:必须匹配每个子查询,类似“与”

  • should:选择性匹配子查询,类似“或”

  • must_not:必须不匹配不参与算分,类似“非”

  • filter:必须匹配不参与算分

需要注意的是,搜索时,参与打分的字段越多,查询的性能也越差。因此这种多条件查询时,建议这样做

  • 搜索框的关键字搜索,是全文检索查询,使用must查询,参与算分

  • 其它过滤条件,采用filter查询。不参与算分

1)语法示例

需求:搜索名字包含“如家”,价格不高于400,在坐标31.21,121.5周围10km范围内的酒店。

分析

  • 名称搜索,属于全文检索查询,应该参与算分。放到must中

  • 价格不高于400,用range查询,属于过滤条件,不参与算分。放到must_not中

  • 周围10km范围内,用geo_distance查询,属于过滤条件,不参与算分。放到filter中

bool查询有几种逻辑关系

  • must:必须匹配的条件,可以理解为“与”

  • should:选择性匹配的条件,可以理解为“或”

  • must_not:必须不匹配的条件,不参与打分

  • filter:必须匹配的条件,不参与打分

搜索的结果可以按照用户指定的方式去处理或展示。

elasticsearch默认是根据相关度算分(_score)来排序,但是也支持自定义方式对搜索结果排序。可以排序字段类型有:keyword类型、数值类型、地理坐标类型、日期类型等。  

普通字段排序

keyword、数值、日期类型排序的语法基本一致。

语法

 排序条件是一个数组,也就是可以写多个排序条件。按照声明的顺序,当第一个条件相等时,再按照第二个条件排序,以此类推

示例

需求描述:酒店数据按照用户评价(score)降序排序,评价相同的按照价格(price)升序排序

地理坐标排序

地理坐标排序略有不同。

语法说明

这个查询的含义是

  • 指定一个坐标,作为目标点

  • 计算每一个文档中,指定字段(必须是geo_point类型)的坐标 到目标点的距离是多少

  • 根据距离排序

示例

需求描述:实现对酒店数据按照到你的位置坐标的距离升序排序

提示:获取你的位置的经纬度的方式:获取鼠标点击经纬度-地图属性-示例中心-JS API 2.0 示例 | 高德地图API

假设我的位置是:31.034661,121.612282,寻找我周围距离最近的酒店。  

elasticsearch 默认情况下只返回top10的数据。而如果要查询更多数据就需要修改分页参数了。elasticsearch中通过修改from、size参数来控制要返回的分页结果

  • from:从第几个文档开始

  • size:总共查询几个文档

类似于mysql中的

基本的分页

分页的基本语法如下

这里是查询990开始的数据,也就是 第990~第1000条 数据。

不过,elasticsearch内部分页时,必须先查询 0~1000条,然后截取其中的990 ~ 1000的这10条

查询TOP1000,如果es是单点模式,这并无太大影响。

但是elasticsearch将来一定是集群,例如我集群有5个节点,我要查询TOP1000的数据,并不是每个节点查询200条就可以了。

因为节点A的TOP200,在另一个节点可能排到10000名以外了。

因此要想获取整个集群的TOP1000,必须先查询出每个节点的TOP1000,汇总结果后,重新排名,重新截取TOP1000。

当查询分页深度较大时,汇总数据过多,对内存和CPU会产生非常大的压力,因此elasticsearch会禁止from+ size 超过10000的请求。

针对深度分页,ES提供了两种解决方案,官方文档

  • search after:分页时需要排序,原理是从上一次的排序值开始,查询下一页数据。官方推荐使用的方式。

  • scroll:原理将排序后的文档id形成快照,保存在内存。官方已经不推荐使用。

分页查询的常见实现方案以及优缺点

    • 优点:支持随机翻页

    • 缺点:深度分页问题,默认查询上限(from + size)是10000

    • 场景:百度、京东、谷歌、淘宝这样的随机翻页搜索

    • 优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000

    • 缺点:只能向后逐页查询,不支持随机翻页

    • 场景:没有随机翻页需求的搜索,例如手机向下滚动翻页

    • 优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000

    • 缺点:会有额外内存消耗,并且搜索结果是非实时的

    • 场景:海量数据的获取和迁移。从ES7.1开始不推荐,建议用 after search方案。

高亮原理

什么是高亮显示呢

我们在百度,京东搜索时,关键字会变成红色,比较醒目,这叫高亮显示

高亮显示的实现分为两步

  • 1)给文档中的所有关键字都添加一个标签,例如标签

  • 2)页面给标签编写CSS样式

实现高亮

高亮的语法

注意

  • 高亮是对关键字高亮,因此搜索条件必须带有关键字,而不能是范围这样的查询。

  • 默认情况下高亮的字段,必须与搜索指定的字段一致,否则无法高亮

  • 如果要对非搜索字段高亮,则需要添加一个属性:required_field_match=false

查询的DSL是一个大的JSON对象,包含下列属性

  • query:查询条件

  • from和size:分页条件

  • sort:排序条件

  • highlight:高亮条件

文档的查询同样适用昨天学习的 RestHighLevelClient对象,基本步骤包括

  • 1)准备Request对象

  • 2)准备请求参数

  • 3)发起请求

  • 4)解析响应

我们以match_all查询为例

发起查询请求

  • 第一步,创建对象,指定索引库名

  • 第二步,利用构建DSL,DSL中可以包含查询、分页、排序、高亮等

    • :代表查询条件,利用构建一个match_all查询的DSL

  • 第三步,利用client.search()发送请求,得到响应

解析响应

elasticsearch返回的结果是一个JSON字符串,结构包含

  • :命中的结果

    • :总条数,其中的value是具体的总条数值

    • :所有结果中得分最高的文档的相关性算分

    • :搜索结果的文档数组,其中的每个文档都是一个json对象

      • :文档中的原始数据,也是json对象

因此,我们解析响应结果,就是逐层解析JSON字符串,流程如下

  • :通过response.getHits()获取,就是JSON中的最外层的hits,代表命中的结果

    • :获取总条数信息

    • :获取SearchHit数组,也就是文档数组

      • :获取文档结果中的_source,也就是原始的json文档数据

完整代码

查询的基本步骤是

  1. 创建SearchRequest对象

  2. 准备Request.source(),也就是DSL。

    ① QueryBuilders来构建查询条件

    ② 传入Request.source() 的 query() 方法

  3. 发送请求,得到结果

  4. 解析结果(参考JSON结果,从外到内,逐层解析

全文检索的match和multi_match查询与match_all的API基本一致。差别是查询条件,也就是query的部分。

而结果解析代码则完全一致,可以抽取并共享。

精确查询主要是两者

  • term:词条精确匹配

  • range:范围查询

与之前的查询相比,差异同样在查询条件,其它都一样。

查询条件构造的API如下

可以看到,API与其它查询的差别同样是在查询条件的构建,QueryBuilders,结果解析等其他代码完全不变。

搜索结果的排序和分页是与query同级的参数,因此同样是使用request.source()来设置。

完整代码示例

高亮的代码与之前代码差异较大,有两点

  • 查询的DSL:其中除了查询条件,还需要添加高亮条件,同样是与query同级。

  • 结果解析:结果除了要解析_source文档数据,还要解析高亮结果

高亮请求构建

上述代码省略了查询条件部分,但是大家不要忘了:高亮查询必须使用全文检索查询,并且要有搜索关键字,将来才可以对关键字高亮。

高亮结果解析

高亮的结果与查询的文档结果默认是分离的,并不在一起。

因此解析高亮的代码需要额外处理

  • 第一步:从结果中获取source。hit.getSourceAsString(),这部分是非高亮结果,json字符串。还需要反序列为HotelDoc对象

  • 第二步:获取高亮结果。hit.getHighlightFields(),返回值是一个Map,key是高亮字段名称,值是HighlightField对象,代表高亮值

  • 第三步:从map中根据高亮字段名称,获取高亮字段值对象HighlightField

  • 第四步:从HighlightField中获取Fragments,并且转为字符串。这部分就是真正的高亮字符串了

  • 第五步:用高亮的结果替换HotelDoc中的非高亮结果

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