版本 Elasticsearch 8.x
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/hZ_ZOLFUoRuWyqp47hqCgQ
今天来看下 Elasticsearch 中的写入流程。
不想看过程可以直接跳转文章末尾查看总结部分。最后附上个人理解的一个图。
从我们发出写入请求,到 Elasticsearch 接收请求,处理请求,保存数据到磁盘,这个过程中经历了哪些处理呢?Elasticsearch 又做了哪些操作?对于 Elasticsearch 写入一篇文档相信大家不陌生,但是Elasticsearch 的底层究竟是如何处理的呢,让我们一起来一探究竟。
写入流程
1、客户端发送写请求时,发送给任意一个节点,这个节点就是所谓的协调节点(coordinating node
)。(对应图中的序号1
)
2、计算文档要写入的分片位置,使用 Hash
取模算法(最新版 Hash
算法)(对应图中序号2
)。
routing_factor = num_routing_shards / num_primary_shards
shard_num = (hash(_routing) % num_routing_shards) / routing_factor
3、协调节点进行路由,将请求转发给对应的 primary sharding
所在的 datanode
(对应图中序号2
)。
4、datanode
节点上的 primary sharding
处理请求,写入数据到索引库,并且将数据同步到对应的 replica sharding
(对应图中序号3
)。
5、等 primary sharding
和 replica sharding
都保存好之后返回响应(对应图中序号 4,5,6
)。
路由分片算法
在7.13
版本之前,计算方式如下:
shard_num = hash(_routing) % num_primary_shards
从7.13
版本开始,不包括 7.13
,计算方式就改为了上述步骤2
的计算方式。
routing_factor = num_routing_shards / num_primary_shards
shard_num = (hash(_routing) % num_routing_shards) / routing_factor
-
num_routing_shards
就是配置文件中index.number_of_routing_shard
的值。 -
num_primary_shard
就是配置文件中index.number_of_shard
的值。 -
_routing
默认就是文档的ID
,但是我们可以自定义该路由值。
等待激活的分片
此处以 Create index API
举例说明,其中有一个请求参数 wait_for_active_shards
。
该参数的作用就是写入请求发送到ES之后,需要等待多少数量的分片处于激活状态后再继续执行后续操作。如果所需要数量的分片副本不足,则写入操作需等待并重试,直到所有的分片副本都已经启动或者发生超时。
默认情况下,写入操作仅等待主分片处于活动状态后继续执行(即 wait_for_active_shard
=1)。
- (可选)的字符串值。
- 默认
1
。 - 可以设置为
all
,或者任意一个正整数,最多是索引的副本分片数+1(number_of_replicas
+1)。
该设置极大的降低了写操作未写入所需数量分片副本的机会,但是并没有完全避免。
写入原理
先来一个官网的写入流程图(地址在文末获取)。
近实时
对于 Elasticsearch
的写入流程来说,就三部分:
1、写入到内存缓冲区。
2、写入打开新的 segment
。
3、写入 disk
。
为什么称为近实时,是因为在写入到内存缓冲区的时候,我们是还无法进行检索的,等到写入到segment
之后,就可以进行检索到了,所以这是近实时
的原因。
因为相对于写到磁盘,打开 segment
写入文件系统缓存的代价比写入磁盘的代价低的多。
第一步、写入文档到内存缓冲区(此时文档不可被检索)。
第二步、缓冲区的内容写入到 segment
,但是还未提交(可被检索)。
在 Elasticsearch 中,写入和打开一个新segment
的过程称为 refresh
,refresh
操作会自上次刷新(refresh
)以来执行的所有操作都可用搜索。
refresh
触发的方式有如下三种:
1、刷新间隔到了自动刷新。
2、URL增加?refresh
参数,需要传空
或者true
。
3、调用Refresh API
手动刷新
默认情况下,Elasticsearch 每秒定期刷新,但是仅限于在过去的30s
内收到的一个或者多个 search
请求。这个也就是近实时的一个点,文档的更改不会立即显示在下一次的检索中,需要等待 refresh
操作完成之后才可以检索出来。
我们可以通过如下方式触发refresh
操作或者调整自动刷新的间隔。
POST /_refresh
POST /blogs/_refresh
调整刷新间隔,每 30s
刷新
PUT /my_logs
{"settings": {"refresh_interval": "30s" }
}
关闭自动刷新
PUT /my_logs/_settings
{ "refresh_interval": -1 }
设置为每秒自动刷新
PUT /my_logs/_settings
{ "refresh_interval": "1s"
refresh_interval
需要一个 持续时间 值, 例如1s
(1 秒) 或2m
(2 分钟)。 一个绝对值1
表示的是1毫秒
--无疑会使你的集群陷入瘫痪。
段(segment
)合并
由于 refresh
操作会每秒自动刷新生成一个新的段(segment
),这样的话短时间内,segment
会暴增,segment
数量太多,每一个都会造成文件句柄、内存、CPU的大量消耗,还有一个更重要的点就是,每个检索请求也会轮流检查每一个segment
,所以segment
越多,检索也就越慢。
Elasticsearch 通过在后台自动合并 segment
来解决这个问题的。小的segment
被合并到大的segment
,然后大的segment
在被合并到更大的segment
。
segment
合并的时候会自动将已删除
的文档从文件系统中删除,已经删除的文档或者更新文档的旧版本不会被合并到新的 segment
中。
1、当 index
的时候,refresh
操作会创建新的segment
,并将segment
打开以供检索。
2、合并进行会选择一小部分大小相似的segment
,在后台将他们合并到更大的segment
中,这个操作不会中断 index
与 search
操作。
optimize API
optimize API
不应该用在经常更新的索引上
该 optimize API
可以控制分片最大的 segment
数量,对于有的索引,例如日志,每天、每周、每月的日志被单独存在一个索引上,老得索引一般都是只读的,也不太可能发生变化,所以我们就可以使用这个 optimize API
优化老的索引,将每个分片合并为一个单独的segment
。这样既可以节省资源,也可以加快检索速度。
- 合并索引中的每个分片为一个单独的段
POST /logstash-2014-10/_optimize?max_num_segments=1
持久化
上述的refresh
操作是 Elasticsearch 近实时
的原因,那么数据的持久化就要看fsync
操作把数据从文件系统缓冲区flush
到磁盘了。所以只有当translog
被fsync
操作或者是提交
时,translog
中的数据才会持久化到磁盘。
如果没有持久化操作,当 Elasticsearch 宕机发生故障的时候,就会发生数据丢失了,所以 Elasticsearch 依赖于translog
进行数据恢复。
在 Elasticsearch 进行提交操作的时候,成本是非常高的,所以策略就是在写入到内存缓冲区的时候,同步写入一份数据到translog
,所有的index
与delete
操作都会在内部的lucene
索引处理后且未确认提交之前写入teanslog
。
如果发生了异常,当分片数据恢复时,已经确认提交但是并没有被上次lucene
提交操作包含在内的最近操作就可以在translog
中进行恢复。
Elasticsearch 的 flush
操作是执行 Lucene
提交并开始生成新的translog
的过程,为了确保translog
文件不能过大,flush
操作在后台自动执行,否则在恢复的时候也会因为文件过大花费大量的时间。
对于translog
有如下设置选项:
-
index.translog.durability
默认设置为request
,意思就是只有当主分片和副本分片fsync
且提交translog
之后,才会向客户端响应index
,delete
,update
,bulk
请求成功。 -
index.translog.durability
设置为async
,则 Elasticsearch 会在每个index.translog.sync_interval
提交translog
,如果遇到节点恢复,则在这个区间执行的操作就可能丢失。
对于上述的几个参数,都可以动态更新
index.translog.sync_interval
将 translog
fsync到磁盘并提交的频率。默认5s
,不允许小于100ms
。
index.translog.durability
是否在每次index
,delete
,update
,bulk
操作之后提交translog
。
request
: 默认,fsync
每次请求之后提交,如果发生故障,所有已确认的写入操作到已经提交到磁盘
async
: fsync
在后台每个sync_interval
时间间隔提交。如果发生故障,自上次提交以来所有已确认的写入操作将被丢弃。
index.translog.flush_threshold_size
防止 translog
文件过大的设置,一旦达到设置的该值,就会发生 flush
操作,并生成一个新的 commit point
。默认512mb
。
总结
1、一个文档被index
之后,添加内存缓存区,同时写入 translog
。
2、refresh
操作完成后,缓存被清空,但是 translog
不会
- 内存缓冲区的文档被写入到一个新的
segment
中,且没有进行fsync
操作。 segment
打开,可供检索。- 内存缓冲区清空。
3、更多的文档被添加到内存缓冲区并追加到 translog
。
4、每隔一段时间,translog
变得越来越大,索引被刷新(flush
),一个新的 translog
被创建,并且一个提交执行。
- 所有内存缓冲区的文档都被写入到一个新的段。
- 缓冲区被清空。
- 一个提交点写入磁盘。
- 文件系统缓存通过
fsync
被刷新(flush
)。 - 老的
translog
被删除。
translog
提供所有还没有被刷到磁盘的操作的一个持久化记录。当 Elasticsearch 启动的时候,它会从磁盘中使用的最后一个提交点(commit point
)去恢复已知的 segment
,并且会重放 translog
中所有在最后一次提交后发生的变更操作。
translog
也被用来提供实时的CRUD,当我们通过ID
进行查询、更新、删除一个文档、它会尝试在相应的 segment
中检索之前,首先检查 translog
中任何最近的变更操作。也就是说这个是可以实时获取到文档的最新版本。
最后送上一个我自己理解的图,参考了官网的描述,以及网上画的,如有错误欢迎指出。
如果感觉写的还不错,对你有帮助,欢迎点赞、转发、收藏,也可以评论互相交流。
也可以去搜索《醉鱼Java》点个关注,一起学习进步。
参考
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/8.12/mapping-routing-field.html
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/8.12/indices-create-index.html
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/8.12/docs-index_.html#index-wait-for-active-shards
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/images/data_processing_flow.png
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/8.12/near-real-time.html
https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/near-real-time.html
https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/index-modules-merge.html
https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/translog.html
https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/merge-process.html
https://blog.csdn.net/R_P_J/article/details/82254494?spm=a2c6h.12873639.article-detail.13.46227f70mJejca
http://www.uml.org.cn/bigdata/201801263.asp?spm=a2c6h.12873639.article-detail.10.46227f70mJejca&file=201801263.asp