作者：手留余香    |    转自： Java架构沉思录    |    原文

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？底层的 lucene 介绍一下呗？倒排索引了解吗？

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？

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）。

coordinating node 对 document 进行路由，将请求转发给对应的 node（有 primary shard）。[路由的算法是？]

实际的 node 上的 primary shard 处理请求，然后将数据同步到 replica node。

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。

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。

客户端发送请求到任意一个 node，成为 coordinate node。

coordinate node 对 doc id 进行哈希路由，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。

接收请求的 node 返回 document 给 coordinate node。

coordinate node 返回 document 给客户端。

写请求是写入 primary shard，然后同步给所有的 replica shard；读请求可以从 primary shard 或 replica shard 读取，采用的是随机轮询算法。

es 最强大的是做全文检索，就是比如你有三条数据：

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。

客户端发送请求到一个 coordinate node。

协调节点将搜索请求转发到所有的 shard 对应的 primary shard 或 replica shard，都可以。

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。

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。

1）document先写入导内存buffer中，同时写translog日志

2)）https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/near-real-time.html

refresh操作所以近实时搜索：写入和打开一个新段(一个追加的倒排索引)的轻量的过程叫做 refresh 。每隔一秒钟把buffer中的数据创建一个新的segment，这里新段会被先写入到文件系统缓存--这一步代价会比较低，稍后再被刷新到磁盘--这一步代价比较高。不过只要文件已经在缓存中， 就可以像其它文件一样被打开和读取了，内存buffer被清空。此时，新segment 中的文件就可以被搜索了，这就意味着document从被写入到可以被搜索需要一秒种，如果要更改这个属性，可以执行以下操作

PUT /my_index {   "settings": {     "refresh_interval": "30s"    } } 3）https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/translog.html

flush操作导致持久化变更：执行一个提交并且截断 translog 的行为在 Elasticsearch 被称作一次 flush。刷新（refresh）完成后, 缓存被清空但是事务日志不会。translog日志也会越来越多，当translog日志大小大于一个阀值时候或30分钟，会出发flush操作。

分片每30分钟被自动刷新（flush），或者在 translog 太大的时候也会刷新。也可以用_flush命令手动执行。

translog每隔5秒会被写入磁盘（所以如果这5s，数据在cache而且log没持久化会丢失）。在一次增删改操作之后translog只有在replica和primary shard都成功才会成功，如果要提高操作速度，可以设置成异步的

PUT /my_index {   "settings": {     "index.translog.durability": "async" ,

    "index.translog.sync_interval":"5s"   } }

所以总结是有三个批次操作，一秒做一次refresh保证近实时搜索，5秒做一次translog持久化保证数据未持久化前留底，30分钟做一次数据持久化。

2.基于translog和commit point的数据恢复

在磁盘上会有一个上次持久化的commit point，translog上有一个commit point，根据这两个commit point，会把translog中的变更记录进行回放，重新执行之前的操作

3.不变形下的删除和更新原理

https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/dynamic-indices.html#deletes-and-updates

一个文档被 “删除” 时，它实际上只是在 .del 文件中被 标记 删除。一个被标记删除的文档仍然可以被查询匹配到， 但它会在最终结果被返回前从结果集中移除。

文档更新也是类似的操作方式：当一个文档被更新时，旧版本文档被标记删除，文档的新版本被索引到一个新的段中。 可能两个版本的文档都会被一个查询匹配到，但被删除的那个旧版本文档在结果集返回前就已经被移除。

段合并的时候会将那些旧的已删除文档 从文件系统中清除。 被删除的文档（或被更新文档的旧版本）不会被拷贝到新的大段中。

4.merge操作，段合并

https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/merge-process.html

由于每秒会把buffer刷到segment中，所以segment会很多，为了防止这种情况出现，es内部会不断把一些相似大小的segment合并，并且物理删除del的segment。

当然也可以手动执行

POST /my_index/_optimize?max_num_segments=1，尽量不要手动执行，让它自动默认执行就可以了  

5.当你正在建立一个大的新索引时（相当于直接全部写入buffer，先不refresh，写完再refresh），可以先关闭自动刷新，待开始使用该索引时，再把它们调回来：

简单来说，lucene 就是一个 jar 包，里面包含了封装好的各种建立倒排索引的算法代码。我们用 Java 开发的时候，引入 lucene jar，然后基于 lucene 的 api 去开发就可以了。

通过 lucene，我们可以将已有的数据建立索引，lucene 会在本地磁盘上面，给我们组织索引的数据结构。

在搜索引擎中，每个文档都有一个对应的文档 ID，文档内容被表示为一系列关键词的集合。例如，文档 1 经过分词，提取了 20 个关键词，每个关键词都会记录它在文档中出现的次数和出现位置。

那么，倒排索引就是关键词到文档 ID 的映射，每个关键词都对应着一系列的文件，这些文件中都出现了关键词。

举个栗子。

有以下文档：

对文档进行分词之后，得到以下倒排索引。

另外，实用的倒排索引还可以记录更多的信息，比如文档频率信息，表示在文档集合中有多少个文档包含某个单词。

那么，有了倒排索引，搜索引擎可以很方便地响应用户的查询。比如用户输入查询 Facebook，搜索系统查找倒排索引，从中读出包含这个单词的文档，这些文档就是提供给用户的搜索结果。

要注意倒排索引的两个重要细节：

倒排索引中的所有词项对应一个或多个文档

倒排索引中的词项根据字典顺序升序排列

上面只是一个简单的栗子，并没有严格按照字典顺序升序排列。

Translog的详解

translog是用来恢复数据的。Es用“后写”的套路来加快写入速度 — 写入的索引并没有实时落盘到索引文件，而是先双写到内存和translog文件，

下图1中灰色部分（见蓝色箭头）表示数据出于 可搜索 & 未落盘 & 已写日志 的状态。此时如果掉电，es重启后还可以把数据从日志文件中读回来。

详细：https://www.cnblogs.com/fengda/p/10348606.html