程序员一代码搬运工
【Java学习心得和Java学习技术个人总结】

es写入数据的工作原理是什么啊?es查询数据的工作原理是什么啊?

 

1、面试题

 

es写入数据的工作原理是什么啊?es查询数据的工作原理是什么啊?

 

2、面试官心理分析

 

问这个,其实面试官就是要看看你了解不了解es的一些基本原理,因为用es无非就是写入数据,搜索数据。你要是不明白你发起一个写入和搜索请求的时候,es在干什么,那你真的就是。。。。

 

对es基本就是个黑盒,你还能干啥?你唯一能干的就是用es的api读写数据了。。。要是出点什么问题,你啥都不知道,那还能指望你什么呢?是不是。。

 

3、面试题剖析

 

(1)es写数据过程

 

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

 

(2)es读数据过程

 

查询,GET某一条数据,写入了某个document,这个document会自动给你分配一个全局唯一的id,doc id,同时也是根据doc id进行hash路由到对应的primary shard上面去。也可以手动指定doc id,比如用订单id,用户id。

 

你可以通过doc id来查询,会根据doc id进行hash,判断出来当时把doc id分配到了哪个shard上面去,从那个shard去查询

 

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

 

(3)es搜索数据过程

 

es最强大的是做全文检索,就是比如你有三条数据

 

java真好玩儿啊

java好难学啊

j2ee特别牛

 

你根据java关键词来搜索,将包含java的document给搜索出来

 

es就会给你返回:java真好玩儿啊,java好难学啊

 

1)客户端发送请求到一个coordinate node

2)协调节点将搜索请求转发到所有的shard对应的primary shard或replica shard也可以

3)query phase:每个shard将自己的搜索结果(其实就是一些doc id),返回给协调节点,由协调节点进行数据的合并、排序、分页等操作,产出最终结果

4)fetch phase:接着由协调节点,根据doc id去各个节点上拉取实际的document数据,最终返回给客户端

 

(4)搜索的底层原理,倒排索引,画图说明传统数据库和倒排索引的区别

 

(5)写数据底层原理

 

1)先写入buffer,在buffer里的时候数据是搜索不到的;同时将数据写入translog日志文件

 

2)如果buffer快满了,或者到一定时间,就会将buffer数据refresh到一个新的segment file中,但是此时数据不是直接进入segment file的磁盘文件的,而是先进入os cache的。这个过程就是refresh。

 

每隔1秒钟,es将buffer中的数据写入一个新的segment file,每秒钟会产生一个新的磁盘文件,segment file,这个segment file中就存储最近1秒内buffer中写入的数据

 

但是如果buffer里面此时没有数据,那当然不会执行refresh操作咯,每秒创建换一个空的segment file,如果buffer里面有数据,默认1秒钟执行一次refresh操作,刷入一个新的segment file中

 

操作系统里面,磁盘文件其实都有一个东西,叫做os cache,操作系统缓存,就是说数据写入磁盘文件之前,会先进入os cache,先进入操作系统级别的一个内存缓存中去

 

只要buffer中的数据被refresh操作,刷入os cache中,就代表这个数据就可以被搜索到了

 

为什么叫es是准实时的?NRT,near real-time,准实时。默认是每隔1秒refresh一次的,所以es是准实时的,因为写入的数据1秒之后才能被看到。

 

可以通过es的restful api或者java api,手动执行一次refresh操作,就是手动将buffer中的数据刷入os cache中,让数据立马就可以被搜索到。

 

只要数据被输入os cache中,buffer就会被清空了,因为不需要保留buffer了,数据在translog里面已经持久化到磁盘去一份了

 

3)只要数据进入os cache,此时就可以让这个segment file的数据对外提供搜索了

 

4)重复1~3步骤,新的数据不断进入buffer和translog,不断将buffer数据写入一个又一个新的segment file中去,每次refresh完buffer清空,translog保留。随着这个过程推进,translog会变得越来越大。当translog达到一定长度的时候,就会触发commit操作。

 

buffer中的数据,倒是好,每隔1秒就被刷到os cache中去,然后这个buffer就被清空了。所以说这个buffer的数据始终是可以保持住不会填满es进程的内存的。

 

每次一条数据写入buffer,同时会写入一条日志到translog日志文件中去,所以这个translog日志文件是不断变大的,当translog日志文件大到一定程度的时候,就会执行commit操作。

 

5)commit操作发生第一步,就是将buffer中现有数据refresh到os cache中去,清空buffer

 

6)将一个commit point写入磁盘文件,里面标识着这个commit point对应的所有segment file

 

7)强行将os cache中目前所有的数据都fsync到磁盘文件中去

 

translog日志文件的作用是什么?就是在你执行commit操作之前,数据要么是停留在buffer中,要么是停留在os cache中,无论是buffer还是os cache都是内存,一旦这台机器死了,内存中的数据就全丢了。

 

所以需要将数据对应的操作写入一个专门的日志文件,translog日志文件中,一旦此时机器宕机,再次重启的时候,es会自动读取translog日志文件中的数据,恢复到内存buffer和os cache中去。

 

commit操作:1、写commit point;2、将os cache数据fsync强刷到磁盘上去;3、清空translog日志文件

 

8)将现有的translog清空,然后再次重启启用一个translog,此时commit操作完成。默认每隔30分钟会自动执行一次commit,但是如果translog过大,也会触发commit。整个commit的过程,叫做flush操作。我们可以手动执行flush操作,就是将所有os cache数据刷到磁盘文件中去。

 

不叫做commit操作,flush操作。es中的flush操作,就对应着commit的全过程。我们也可以通过es api,手动执行flush操作,手动将os cache中的数据fsync强刷到磁盘上去,记录一个commit point,清空translog日志文件。

 

9)translog其实也是先写入os cache的,默认每隔5秒刷一次到磁盘中去,所以默认情况下,可能有5秒的数据会仅仅停留在buffer或者translog文件的os cache中,如果此时机器挂了,会丢失5秒钟的数据。但是这样性能比较好,最多丢5秒的数据。也可以将translog设置成每次写操作必须是直接fsync到磁盘,但是性能会差很多。

 

实际上你在这里,如果面试官没有问你es丢数据的问题,你可以在这里给面试官炫一把,你说,其实es第一是准实时的,数据写入1秒后可以搜索到;可能会丢失数据的,你的数据有5秒的数据,停留在buffer、translog os cache、segment file os cache中,有5秒的数据不在磁盘上,此时如果宕机,会导致5秒的数据丢失。

 

如果你希望一定不能丢失数据的话,你可以设置个参数,官方文档,百度一下。每次写入一条数据,都是写入buffer,同时写入磁盘上的translog,但是这会导致写性能、写入吞吐量会下降一个数量级。本来一秒钟可以写2000条,现在你一秒钟只能写200条,都有可能。

 

10)如果是删除操作,commit的时候会生成一个.del文件,里面将某个doc标识为deleted状态,那么搜索的时候根据.del文件就知道这个doc被删除了

 

11)如果是更新操作,就是将原来的doc标识为deleted状态,然后新写入一条数据

 

12)buffer每次refresh一次,就会产生一个segment file,所以默认情况下是1秒钟一个segment file,segment file会越来越多,此时会定期执行merge

 

13)每次merge的时候,会将多个segment file合并成一个,同时这里会将标识为deleted的doc给物理删除掉,然后将新的segment file写入磁盘,这里会写一个commit point,标识所有新的segment file,然后打开segment file供搜索使用,同时删除旧的segment file。

 

es里的写流程,有4个底层的核心概念,refresh、flush、translog、merge

 

当segment file多到一定程度的时候,es就会自动触发merge操作,将多个segment file给merge成一个segment file。

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