《ElasticSearch6.x實戰教程》之複雜搜尋、Java客戶端（下）

OKevin發表於2019-07-23
ElasticsearchJava客戶端

第八章-複雜搜尋

黑夜給了我黑色的眼睛，我卻用它尋找光明。

經過了解簡單的API和簡單搜尋，已經基本上能應付大部分的使用場景。可是非關係型資料庫資料的文件資料往往又多又雜，各種各樣冗餘的欄位，組成了一條"記錄"。複雜的資料結構，帶來的就是複雜的搜尋。所以在進入本章節前，我們要構建一個儘可能"複雜"的資料結構。

下面分為兩個場景，場景1偏向資料結構上的複雜並且介紹聚合查詢、指定欄位返回、深分頁，場景2偏向搜尋精度上的複雜。

場景1

儲存一個公司的員工，員工資訊包含姓名、工號、性別、出生年月日、崗位、上級、下級、所在部門、進入公司時間、修改時間、建立時間。其中員工工號作為主鍵ID全域性唯一，員工只有一個直屬上級，但有多個下級，可以通過父子文件實現。員工有可能屬於多個部門（特別是領導可能兼任多個部門的負責人）。

資料結構

建立索引並定義對映結構：

PUT http://localhost:9200/company
{
    "mappings":{
        "employee":{
            "properties":{
                "id":{
                    "type":"keyword"
                },
                "name":{
                    "type":"text",
                    "analyzer":"ik_smart",
                    "fields":{
                        "keyword":{
                            "type":"keyword",
                            "ignore_above":256
                        }
                    }
                },
                "sex":{
                    "type":"keyword"
                },
        "age":{
          "type":"integer"
                },
                "birthday":{
                    "type":"date"
                },
                "position":{
                    "type":"text",
                    "analyzer":"ik_smart",
                    "fields":{
                        "keyword":{
                            "type":"keyword",
                            "ignore_above":256
                        }
                    }
                },
                "level":{
                    "type":"join",
                    "relations":{
                        "superior":"staff",
            "staff":"junior"
                    }
                },
                "departments":{
                    "type":"text",
                    "analyzer":"ik_smart",
                    "fields":{
                        "keyword":{
                            "type":"keyword",
                            "ignore_above":256
                        }
                    }
                },
                "joinTime":{
                    "type":"date"
                },
                "modified":{
                    "type":"date"
                },
                "created":{
                    "type":"date"
                }
            }
        }
    }
}

資料

接下來是構造資料，我們構造幾條關鍵資料。

  • 張三是公司的董事長，他是最大的領導，不屬於任何部門。
  • 李四的上級是張三，他的下級是王五、趙六、孫七、周八，他同時是市場部和研發部的負責人，也就是隸屬於市場部和研發部。
  • 王五、趙六的上級是張三，他沒有下級，他隸屬於市場部。
  • 孫七、周八的上級是李四，他沒有下級，他隸屬於研發部。

更為全面直觀的資料如下表所示：

姓名 工號 性別 年齡 出生年月日 崗位 上級 下級 部門 進入公司時間 修改時間 建立時間
張三 1 男 49 1970-01-01 董事長 / 李四 / 1990-01-01 1562167817000 1562167817000
李四 2 男 39 1980-04-03 總經理 張三 王五、趙六、孫七、周八 市場部、研發部 2001-02-02 1562167817000 1562167817000
王五 3 女 27 1992-09-01 銷售 李四 / 市場部 2010-07-01 1562167817000 1562167817000
趙六 4 男 29 1990-10-10 銷售 李四 / 市場部 2010-08-08 1562167817000 1562167817000
孫七 5 男 26 1993-12-10 前端工程師 李四 / 研發部 2016-07-01 1562167817000 1562167817000
周八 6 男 25 1994-05-11 Java工程師 李四 / 研發部 2018-03-10 1562167817000 1562167817000

插入6條資料：

POST http://localhost:9200/company/employee/1?routing=1
{
    "id":"1",
    "name":"張三",
    "sex":"男",
  "age":49,
    "birthday":"1970-01-01",
    "position":"董事長",
    "level":{
    "name":"superior"
  },
    "joinTime":"1990-01-01",
    "modified":"1562167817000",
    "created":"1562167817000"
}
POST http://localhost:9200/company/employee/2?routing=1
{
    "id":"2",
    "name":"李四",
    "sex":"男",
  "age":39,
    "birthday":"1980-04-03",
    "position":"總經理",
    "level":{
    "name":"staff",
    "parent":"1"
  },
  "departments":["市場部","研發部"],
    "joinTime":"2001-02-02",
    "modified":"1562167817000",
    "created":"1562167817000"
}
POST http://localhost:9200/company/employee/3?routing=1
{
    "id":"3",
    "name":"王五",
    "sex":"女",
  "age":27,
    "birthday":"1992-09-01",
    "position":"銷售",
    "level":{
    "name":"junior",
    "parent":"2"
  },
  "departments":["市場部"],
    "joinTime":"2010-07-01",
    "modified":"1562167817000",
    "created":"1562167817000"
}
POST http://localhost:9200/company/employee/4?routing=1
{
    "id":"4",
    "name":"趙六",
    "sex":"男",
  "age":29,
    "birthday":"1990-10-10",
    "position":"銷售",
    "level":{
    "name":"junior",
    "parent":"2"
  },
  "departments":["市場部"],
    "joinTime":"2010-08-08",
    "modified":"1562167817000",
    "created":"1562167817000"
}
POST http://localhost:9200/company/employee/5?routing=1
{
    "id":"5",
    "name":"孫七",
    "sex":"男",
  "age":26,
    "birthday":"1993-12-10",
    "position":"前端工程師",
    "level":{
    "name":"junior",
    "parent":"2"
  },
  "departments":["研發部"],
    "joinTime":"2016-07-01",
    "modified":"1562167817000",
    "created":"1562167817000"
}
POST http://localhost:9200/company/employee/6?routing=1
{
    "id":"6",
    "name":"周八",
    "sex":"男",
  "age":28,
    "birthday":"1994-05-11",
    "position":"Java工程師",
    "level":{
    "name":"junior",
    "parent":"2"
  },
  "departments":["研發部"],
    "joinTime":"2018-03-10",
    "modified":"1562167817000",
    "created":"1562167817000"
}

搜尋

  1. 查詢研發部的員工
GET http://localhost:9200/company/employee/_search
{
    "query":{
        "match":{
            "departments":"研發部"
        }
    }
}
  1. 查詢在研發部且在市場部的員工
GET http://localhost:9200/company/employee/_search
{
    "query": {
        "bool":{
            "must":[{
                "match":{
                    "departments":"市場部"
                }
            },{
                "match":{
                    "departments":"研發部"
                }
            }]
        }
    }
}

*被搜尋的欄位是一個陣列型別，但對查詢語句並沒有特殊的要求。

  1. 查詢name="張三"的直接下屬。
GET http://localhost:9200/company/employee/_search
{
    "query": {
        "has_parent":{
            "parent_type":"superior",
            "query":{
                "match":{
                    "name":"張三"
                }
            }
        }
    }
}
  1. 查詢name="李四"的直接下屬。
GET http://localhost:9200/company/employee/_search

{
    "query": {
        "has_parent":{
            "parent_type":"staff",
            "query":{
                "match":{
                    "name":"李四"
                }
            }
        }
    }
}
  1. 查詢name="王五"的直接上級。
GET http://localhost:9200/company/employee/_search
{
    "query": {
        "has_child":{
            "type":"junior",
            "query":{
                "match":{
                    "name":"王五"
                }
            }
        }
    }
}

聚合查詢

ES中的聚合查詢類似MySQL中的聚合函式(avg、max等)，例如計算員工的平均年齡。

GET http://localhost:9200/company/employee/_search?pretty
{
    "size": 0,
    "aggs": {
        "avg_age": {
            "avg": {
                "field": "age"
            }
        }
    }
}

指定欄位查詢

指定欄位返回值在查詢結果中指定需要返回的欄位。例如只查詢張三的生日。

GET http://localhost:9200/company/employee/_search?pretty
{
    "_source":["name","birthday"],
    "query":{
        "match":{
            "name":"張三"
        }
    }
}

深分頁

ES的深分頁是一個老生常談的問題。用過ES的都知道，ES預設查詢深度不能超過10000條，也就是page * pageSize < 10000。如果需要查詢超過1萬條的資料，要麼通過設定最大深度，要麼通過scroll滾動查詢。如果調整配置，即使能查出來，效能也會很差。但通過scroll滾動查詢的方式帶來的問題就是隻能進行"上一頁"、"下一頁"的操作，而不能進行頁碼跳轉。

scroll原理簡單來講，就是一批一批的查，上一批的最後一個資料，作為下一批的第一個資料，直到查完所有的資料。

首先需要初始化查詢

GET http://localhost:9200/company/employee/_search?scroll=1m
{
    "query":{
        "match_all":{}
    },
    "size":1,
    "_source": ["id"]
}

像普通查詢結果一樣進行查詢，url中的scroll=1m指的是遊標查詢的過期時間為1分鐘，每次查詢就會更新，設定過長佔會用過多的時間。

接下來就可以通過上述API返回的_scroll_id進行滾動查詢，假設上面的結果返回"_scroll_id": "DnF1ZXJ5VGhlbkZldGNoBQAAAAAAAAFBFk1pNzdFUVhDU3hxX3VtSVFUdDJBWlEAAAAAAAABQhZNaTc3RVFYQ1N4cV91bUlRVHQyQVpRAAAAAAAAAUMWTWk3N0VRWENTeHFfdW1JUVR0MkFaUQAAAAAAAAFEFk1pNzdFUVhDU3hxX3VtSVFUdDJBWlEAAAAAAAABRRZNaTc3RVFYQ1N4cV91bUlRVHQyQVpR"。

GET http://localhost:9200/_search/scroll
{
    "scroll":"1m",
    "scroll_id": "DnF1ZXJ5VGhlbkZldGNoBQAAAAAAAAFBFk1pNzdFUVhDU3hxX3VtSVFUdDJBWlEAAAAAAAABQhZNaTc3RVFYQ1N4cV91bUlRVHQyQVpRAAAAAAAAAUMWTWk3N0VRWENTeHFfdW1JUVR0MkFaUQAAAAAAAAFEFk1pNzdFUVhDU3hxX3VtSVFUdDJBWlEAAAAAAAABRRZNaTc3RVFYQ1N4cV91bUlRVHQyQVpR"
}

這種方式有一個小小的弊端，如果超過過期時間就不能繼續往下查詢，這種查詢適合一次全量查詢所有資料。但現實情況有可能是使用者在一個頁面停留很長時間，再點選上一頁或者下一頁，此時超過過期時間頁面不能再進行查詢。所以還有另外一種方式，範圍查詢。

另一種深分頁

假設員工資料中的工號ID是按遞增且唯一的順序，那麼我們可以通過範圍查詢進行分頁。

例如，按ID遞增排序，第一查詢ID>0的資料，資料量為1。

GET http://localhost:9200/company/employee/_search
{
    "query":{
        "range":{
            "id":{
                "gt":0
            }
        }
    },
    "size":1,
    "sort":{
        "id":{
            "order":"asc"
        }
    }
}

此時返回ID=1的1條資料，我們再繼續查詢ID>1的資料，資料量仍然是1。

GET http://localhost:9200/company/employee/_search
{
    "query":{
        "range":{
            "id":{
                "gt":1
            }
        }
    },
    "size":1,
    "sort":{
        "id":{
            "order":"asc"
        }
    }
}

這樣我們同樣做到了深分頁的查詢，並且沒有過期時間的限制。

場景2

儲存商品資料，根據商品名稱搜尋商品，要求準確度高，不能搜尋洗面奶結果出現麵粉。

由於這個場景主要涉及的是搜尋的精度問題，所以並不會有複雜的資料結構，只有一個title欄位。

定義一個只包含title欄位且分詞器預設為standard的索引：

PUT http://localhost:9200/ware_index
{
    "mappings": {
        "ware": {
            "properties": {
                "title":{
                    "type":"text"
                }
            }
        }
    }
}

插入兩條資料：

POST http://localhost:9200/ware_index/ware
{
    "title":"洗面奶"
}

POST http://localhost:9200/ware_index/ware
{
    "title":"麵粉"
}

搜尋關鍵字"洗面奶"：

POST http://localhost:9200/ware_index/ware/_search
{
    "query":{
        "match":{
            "title":"洗面奶"
        }
    }
}

搜尋結果出現了"洗面奶"和"麵粉"兩個風馬牛不相及的結果，這顯然不符合我們的預期。

原因在分詞一章中已經說明，text型別預設分詞器為standard，它會將中文字串一個字一個字拆分，也就是將"洗面奶"拆分成了"洗"、"面"、"奶"，將"麵粉"拆分成了"面"、"粉"。而match會將搜尋的關鍵詞拆分，也就拆分成了"洗"、"面"、"奶"，最後兩個"面"都能匹配上，也就出現了上述結果。所以對於中文的字串搜尋我們需要指定分詞器，而常用的分詞器是ik_smart，它會按照最大粒度拆分，如果採用ik_max_word它會將詞按照最小粒度拆分，也有可能造成上述結果。

DELETE http://localhost:9200/ware_index刪除索引，重新建立並指定title欄位的分詞器為ik_smart。

PUT http://localhost:9200/ware_index
{
    "mappings":{
        "ware":{
            "properties":{
        "id":{
          "type":"keyword"
        },
                "title":{
                    "type":"text",
                    "analyzer":"ik_smart"
                }
            }
        }
    }
}

這時如果插入“洗面奶”和“麵粉”，搜尋“洗面奶”是結果就只有一條。但此時我們插入以下兩條資料：

POST http://localhost:9200/ware_index/ware
{
    "id":"1",
    "title":"新希望牛奶"
}

POST http://localhost:9200/ware_index/ware
{
    "id":"2",
    "title":"春秋上新短袖"
}

搜尋關鍵字”新希望牛奶“：

POST http://localhost:9200/ware_index/ware/_search
{
    "query":{
        "match":{
            "title":"新希望牛奶"
        }
    }
}

搜尋結果出現了剛插入的2條，顯然第二條”春秋上新短袖“並不是我們想要的結果。出現這種問題的原因同樣是因為分詞的問題，在ik外掛的詞庫中並沒有"新希望"一詞，所以它會把搜尋的關鍵詞"新希望"拆分為"新"和"希望"，同樣在"春秋上新短袖"中"新"也並沒有組合成其它詞語，它也被單獨拆成了"新"，這就造成了上述結果。解決這個問題的辦法當然可以在ik外掛中新增"新希望"詞語，如果我們在分詞中所做的那樣，但也有其它的辦法。

短語查詢

match_phrase，短語查詢，它會將搜尋關鍵字"新希望牛奶"拆分成一個詞項列表"新 希望 牛奶"，對於搜尋的結果需要完全匹配這些詞項，且位置對應，本例中的"新希望牛奶"文件資料從詞項和位置上完全對應，故通過match_phrase短語查詢可搜尋出結果，且只有一條資料。

POST http://localhost:9200/ware_index/ware/_search
{
    "query":{
        "match_phrase":{
            "title":"新希望牛奶"
        }
    }
}

儘管這能滿足我們的搜尋結果，但是使用者實際在搜尋中常常可能是"牛奶 新希望"這樣的順序，但遺憾的是根據match_phrase短語匹配的要求是需要被搜尋的文件需要完全匹配詞項且位置對應，關鍵字"牛奶 新希望"被解析成了"牛奶 新 希望"，儘管它與"新希望牛奶"詞項匹配但位置沒有對應，所以並不能搜尋出任何結果。同理，此時如果我們插入"新希望的牛奶"資料時，無論是搜尋"新希望牛奶"還是"牛奶新希望"均不能搜尋出"新希望的牛奶"結果，前者的關鍵字是因為詞項沒有完全匹配，後者的關鍵字是因為詞項和位置沒有完全匹配。

所以match_phrase也沒有達到完美的效果。

短語字首查詢

match_phrase_prefix，短語字首查詢，類似MySQL中的like "新希望%"，它大體上和match_phrase_prefix一致，也是需要滿足文件資料和搜尋關鍵字在詞項和位置上保持一致，同樣如果搜尋"牛奶新希望"也不會出現任何結果。它也並沒有達到我們想要的結果。

最低匹配度

前面兩種查詢中雖然能通過"新希望牛奶"搜尋到我們想要的結果，但是對於"牛奶 新希望"卻無能為力。接下來的這種查詢方式能"完美"的達到我們想要的效果。

先來看最低匹配度的查詢示例：

POST http://localhost:9200/ware_index/ware/_search
{
    "query": {
        "match": {
            "title": {
                "query": "新希望牛奶",
                "minimum_should_match": "80%"
            }
        }
    }
}

minimum_should_match即最低匹配度。"80%"代表什麼意思呢？還是要從關鍵字"新希望牛奶"被解析成哪幾個詞項說起，前面說到"新希望牛奶"被解析成"新 希望 牛奶"三個詞項，如果通過match搜尋，則含有"新"的資料同樣出現在搜尋結果中。"80%"的含義則是3個詞項必須至少匹配80% * 3 = 2.4個詞項才會出現在搜尋結果中，向下取整為2，即搜尋的資料中需要至少包含2個詞項。顯然，"春秋上新短袖"只有1個詞項，不滿足最低匹配度2個詞項的要求，故不會出現在搜尋結果中。

同樣，如果搜尋"牛奶 新希望"也是上述的結果，它並不是短語匹配，所以並不會要求詞項所匹配的位置相同。

可以推出，如果"minimum_should_match":"100%"也就是要求完全匹配，此時要求資料中包含所有的詞項，這樣會出現較少的搜尋結果；如果"minimun_should_match:0"此時並不代表一個詞項都可以不包含，而是隻需要有一個詞項就能出現在搜尋結果，實際上就是預設的match搜尋，這樣會出現較多的搜尋結果。

找到一個合適的值，就能有一個較好的體驗，根據二八原則，以及實踐表明，設定為"80%"能滿足大部分場景，既不會多出無用的搜尋結果，也不會少。

第九章-Java客戶端（下）

基於Java客戶端（上），本文不再贅述如何建立一個Spring Data ElasticSearch工程，也不再做過多文字敘述。更多的請一定配合原始碼使用，原始碼地址https://github.com/yu-linfeng/elasticsearch6.x_tutorial/tree/master/code/spring-data-elasticsearch，具體程式碼目錄在complex包。

本章請一定結合程式碼重點關注如何如何通過Java API進行父子文件的資料插入，以及查詢。

父子文件的資料插入

父子文件在ES中儲存的格式實際上是以鍵值對方式存在，例如在定義對映Mapping時，我們將子文件定義為：

{
    ......
    "level":{
        "type":"join",
        "relations":{
                    "superior":"staff",
            "staff":"junior"
        }
    }
    ......
}

在寫入一條資料時：

{
    ......
    "level":{
        "name":"staff",
        "parent":"1"
    }
    ......
}

對於於Java實體，我們可以把level欄位設定為Map<String, Object>型別。關鍵注意的是，在使用Spring Data ElasticSearch時，我們不能直接呼叫sava或者saveAll方法。ES規定父子文件必須屬於同一分片，也就是說在寫入子文件時，需要定義routing引數。下面是程式碼節選：

BulkRequestBuilder bulkRequestBuilder = client.prepareBulk();
bulkRequestBuilder.add(client.prepareIndex("company", "employee", employeePO.getId()).setRouting(routing).setSource(mapper.writeValueAsString(employeePO), XContentType.JSON)).execute().actionGet();

一定參考原始碼一起使用。

ES實在是一個非常強大的搜尋引擎。能力有限，實在不能將所有的Java API一一舉例講解，如果你在編寫程式碼時，遇到困難也請聯絡作者郵箱hellobug at outlook.com，或者通過公眾號coderbuff，解答得了的一定解答，解答不了的一起解答。

關注公眾號：CoderBuff，回覆“es”獲取《ElasticSearch6.x實戰教程》完整版PDF。

這是一個能給程式設計師加buff的公眾號 （CoderBuff）

《ElasticSearch6.x實戰教程》之複雜搜尋、Java客戶端（下）

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