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让 Elasticsearch 飞起来!——性能优化实践干货

0、题记

Elasticsearch性能优化的最终目的:用户体验

关于爽的定义——著名产品人梁宁曾经说过“人在满足时候的状态叫做愉悦,人不被满足就会难受,就会开始寻求。如果这个人在寻求中,能立刻得到即时满足,这种感觉就是爽!”。

Elasticsearch的爽点就是:快、准、全!

关于Elasticsearch性能优化,阿里、腾讯、京东、携程、滴滴、58等都有过很多深入的实践总结,都是非常好的参考。本文换一个思路,基于Elasticsearch的爽点,进行性能优化相关探讨。

1、集群规划优化实践

1.1 基于目标数据量规划集群

在业务初期,经常被问到的问题,要几个节点的集群,内存、CPU要多大,要不要SSD?

最主要的考虑点是:你的目标存储数据量是多大?可以针对目标数据量反推节点多少。

1.2 要留出容量Buffer

注意:Elasticsearch有三个警戒水位线,磁盘使用率达到85%、90%、95%。

不同警戒水位线会有不同的应急处理策略。

这点,磁盘容量选型中要规划在内。控制在85%之下是合理的。

当然,也可以通过配置做调整。

1.3 ES集群各节点尽量不要和其他业务功能复用一台机器。

除非内存非常大。

举例:普通服务器,安装了ES+Mysql+redis,业务数据量大了之后,势必会出现内存不足等问题。

1.4 磁盘尽量选择SSD

Elasticsearch官方文档肯定推荐SSD,考虑到成本的原因。需要结合业务场景,如果业务对写入、检索速率有较高的速率要求,建议使用SSD磁盘。

阿里的业务场景,SSD磁盘比机械硬盘的速率提升了5倍。但要因业务场景而异。

1.5 内存配置要合理

官方建议:堆内存的大小是官方建议是:Min(32GB,机器内存大小/2)。

Medcl和wood大叔都有明确说过,不必要设置32/31GB那么大,建议:热数据设置:26GB,冷数据:31GB

总体内存大小没有具体要求,但肯定是内容越大,检索性能越好。

经验值供参考:每天200GB+增量数据的业务场景,服务器至少要64GB内存。除了JVM之外的预留内存要充足,否则也会经常OOM。

1.6 CPU核数不要太小

CPU核数是和ESThread pool关联的。和写入、检索性能都有关联。

建议:16核+

1.7 超大量级的业务场景,可以考虑跨集群检索

除非业务量级非常大,例如:滴滴、携程的PB+的业务场景,否则基本不太需要跨集群检索。

1.8 集群节点个数无需奇数

ES内部维护集群通信,不是基于zookeeper的分发部署机制,所以,无需奇数

但是discovery.zen.minimum_master_nodes的值要设置为:候选主节点的个数/2+1,才能有效避免脑裂。

1.9 节点类型优化分配

集群节点数:<=3,建议:所有节点的master:true, data:true。既是主节点也是路由节点。 集群节点数:>3, 根据业务场景需要,建议:逐步独立出Master节点和协调/路由节点。

1.10 建议冷热数据分离

热数据存储SSD和普通历史数据存储机械磁盘,物理上提高检索效率。

2、索引优化实践

Mysql等关系型数据库要分库、分表。Elasticserach的话也要做好充分的考虑。

2.1 设置多少个索引?

建议根据业务场景进行存储。

不同通道类型的数据要分索引存储。举例:知乎采集信息存储到知乎索引;APP采集信息存储到APP索引。

2.2 设置多少分片?

建议根据数据量衡量。

经验值:建议每个分片大小不要超过30GB

2.3 分片数设置?

建议根据集群节点的个数规模,分片个数建议>=集群节点的个数。

5节点的集群,5个分片就比较合理。

注意:除非reindex操作,分片数是不可以修改的。

2.4副本数设置?

除非你对系统的健壮性有异常高的要求,比如:银行系统。可以考虑2个副本以上。否则,1个副本足够。

注意:副本数是可以通过配置随时修改的。

2.5不要再在一个索引下创建多个type

即便你是5.X版本,考虑到未来版本升级等后续的可扩展性。

建议:一个索引对应一个type。6.x默认对应_doc,5.x你就直接对应type统一为doc。

2.6 按照日期规划索引

随着业务量的增加,单一索引和数据量激增给的矛盾凸显。按照日期规划索引是必然选择。

好处1:可以实现历史数据秒删。很对历史索引delete即可。注意:一个索引的话需要借助delete_by_query+force_merge操作,慢且删除不彻底。

好处2:便于冷热数据分开管理,检索最近几天的数据,直接物理上指定对应日期的索引,速度快的一逼!

操作参考:模板使用+rollover API使用

2.7 务必使用别名

ES不像mysql方面的更改索引名称。使用别名就是一个相对灵活的选择。

3、数据模型优化实践

3.1 不要使用默认的Mapping

默认Mapping的字段类型是系统自动识别的。其中:string类型默认分成:text和keyword两种类型。如果你的业务中不需要分词、检索,仅需要精确匹配,仅设置为keyword即可。

根据业务需要选择合适的类型,有利于节省空间和提升精度,如:浮点型的选择。

3.2 Mapping各字段的选型流程

3.3 选择合理的分词器

常见的开源中文分词器包括:ik分词器、ansj分词器、hanlp分词器、结巴分词器、海量分词器、“ElasticSearch最全分词器比较及使用方法” 搜索可查看对比效果。

如果选择ik,建议使用ik_max_word。因为:粗粒度的分词结果基本包含细粒度ik_smart的结果。

3.4 date、long、还是keyword

根据业务需要,如果需要基于时间轴做分析,必须date类型;如果仅需要秒级返回,建议使用keyword

4、数据写入优化实践

4.1 要不要秒级响应?

Elasticsearch近实时的本质是:最快1s写入的数据可以被查询到。

如果refresh_interval设置为1s,势必会产生大量的segment,检索性能会受到影响。

所以,非实时的场景可以调大,设置为30s,甚至-1。

4.2 减少副本,提升写入性能。

写入前,副本数设置为0,写入后,副本数设置为原来值。

4.3 能批量就不单条写入

批量接口为bulk,批量的大小要结合队列的大小,而队列大小和线程池大小、机器的cpu核数。

4.4 禁用swap

在Linux系统上,通过运行以下命令临时禁用交换:

1sudo swapoff -a

5、检索聚合优化实战

5.1 禁用 wildcard模糊匹配

数据量级达到TB+甚至更高之后,wildcard在多字段组合的情况下很容易出现卡死,甚至导致集群节点崩溃宕机的情况。

后果不堪设想。

替代方案:

方案一:针对精确度要求高的方案:两套分词器结合,standard和ik结合,使用match_phrase检索。

方案二:针对精确度要求不高的替代方案:建议ik分词,通过match_phrase和slop结合查询。

5.2极小的概率使用match匹配

中文match匹配显然结果是不准确的。很大的业务场景会使用短语匹配“match_phrase”。

match_phrase结合合理的分词词典、词库,会使得搜索结果精确度更高,避免噪音数据。

5.3 结合业务场景,大量使用filter过滤器

对于不需要使用计算相关度评分的场景,无疑filter缓存机制会使得检索更快。

举例:过滤某邮编号码。

5.4控制返回字段和结果

和mysql查询一样,业务开发中,select * 操作几乎是不必须的。

同理,ES中,_source 返回全部字段也是非必须的。

要通过_source 控制字段的返回,只返回业务相关的字段。

网页正文content,网页快照html_content类似字段的批量返回,可能就是业务上的设计缺陷。

显然,摘要字段应该提前写入,而不是查询content后再截取处理。

5.5 分页深度查询和遍历

分页查询使用:from+size;
遍历使用:scroll;
并行遍历使用:scroll+slice

斟酌集合业务选型使用。

5.6 聚合Size的合理设置

聚合结果是不精确的。除非你设置size为2的32次幂-1,否则聚合的结果是取每个分片的Top size元素后综合排序后的值。

实际业务场景要求精确反馈结果的要注意。
尽量不要获取全量聚合结果——从业务层面取TopN聚合结果值是非常合理的。因为的确排序靠后的结果值意义不大。

5.7 聚合分页合理实现

聚合结果展示的时,势必面临聚合后分页的问题,而ES官方基于性能原因不支持聚合后分页。

如果需要聚合后分页,需要自开发实现。包含但不限于:

方案一:每次取聚合结果,拿到内存中分页返回。

方案二:scroll结合scroll after集合redis实现。

6、业务优化

让Elasticsearch做它擅长的事情,很显然,它更擅长基于倒排索引进行搜索。

业务层面,用户想最快速度看到自己想要的结果,中间的“字段处理、格式化、标准化”等一堆操作,用户是不关注的。

为了让Elasticsearch更高效的检索,建议:

1)要做足“前戏”
字段抽取、倾向性分析、分类/聚类、相关性判定放在写入ES之前的ETL阶段;

2)“睡服”产品经理
产品经理基于各种奇葩业务场景可能会提各种无理需求。

作为技术人员,要“通知以情晓之以理”,给产品经理讲解明白搜索引擎的原理、Elasticsearch的原理,哪些能做,哪些真的“臣妾做不到”。

7、小结

实际业务开发中,公司一般要求又想马儿不吃草,又想马儿飞快跑

对于Elasticsearch开发也是,硬件资源不足(cpu、内存、磁盘都爆满)几乎没有办法提升性能的。

除了检索聚合,让Elasticsearch做N多相关、不相干的工作,然后得出结论“Elastic也就那样慢,没有想像的快”。

你脑海中是否也有类似的场景浮现呢?

提供相对NB的硬件资源、做好前期的各种准备工作、让Elasticsearch轻装上阵,相信你的Elasticsearch也会飞起来!

推荐阅读:

  • 1、阿里:https://elasticsearch.cn/article/6171
  • 2、滴滴:http://t.cn/EUNLkNU
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