ElasticSearch全文检索原理及过程-Toy模板网

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倒排索引

ElasticSearch的搜索引擎中，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。

分词：在value中提取出各个关键词的过程

DocId	Doc
1	谷歌地图之父跳槽 Facebook
2	谷歌地图之父加盟 Facebook
3	谷歌地图创始人拉斯离开谷歌加盟 Facebook
4	谷歌地图之父跳槽 Facebook 与 Wave 项目取消有关
5	谷歌地图之父拉斯加盟社交网站 Facebook

对文档进行分词之后，得到以下倒排索引。

WordId	Word	DocIds
1	谷歌	1, 2, 3, 4, 5
2	地图	1, 2, 3, 4, 5
3	之父	1, 2, 4, 5
4	跳槽	1, 4
5	Facebook	1, 2, 3, 4, 5
6	加盟	2, 3, 5
7	创始人	3
8	拉斯	3, 5
9	离开	3
10	与	4
..	..	..

有了倒排索引，搜索引擎可以很快速地响应用户的查询。比如用户输入"地图"，通过倒排索引，可以快速的找到含有"地图"的文档是id为1, 2, 3, 4, 5，的文档。从而达到快速的全文检索的目的。

ES中的倒排索引

ElasticSearch全文检索原理及过程

ES 在 term 的基础上利用 term 的前缀或者后缀构建了 term index, 用于对 term 本身进行索引，ES 实际的索引结构如下图所示

ElasticSearch全文检索原理及过程

这样当我们去搜索某个关键词时，ES 首先根据它的前缀或者后缀迅速缩小关键词的在 term dictionary 中的范围，大大减少了磁盘IO的次数。

单词词典（Term Dictionary)：记录所有文档的单词，记录单词到倒排列表的关联关系

倒排列表(Posting List)-记录了单词对应的文档结合，由倒排索引项组成。
倒排索引项(Posting)：

文档ID；
词频TF–该单词在文档中出现的次数，用于相关性评分；
位置(Position)-单词在文档中分词的位置。用于短语搜索（match phrase query)；
偏移(Offset)-记录单词的开始结束位置，实现高亮显示；

全文检索的实现流程

ES可以理解为是一个分布式的存储和检索系统，在存储的时候默认是根据每条记录的_id字段做路由分发的，这意味着es服务端是准确知道每个document分布在那个shard上的。相对而言search是一个比较复杂的执行模式，因为我们不知道那些document会被匹配到，任何一个shard上都有可能，所以一个search请求必须查询一个索引或多个索引里面的所有shard才能完整的查询到我们想要的结果。

找到所有匹配的结果是查询的第一步，来自多个shard上的数据集在分页返回到客户端的之前会被合并到一个排序后的list列表，由于需要经过一步取top N的操作，所以search需要进过两个阶段才能完成，分别是query和fetch。

query（查询阶段）

ElasticSearch全文检索原理及过程

客户端发送search请求到NODE 3。
Node 3将查询请求转发到索引的每个主分片或副分片中。
每个分片在本地执行查询，并使用本地的Term/Document Frequency信息进行打分，添加结果到大小为from + size的本地有序优先队列中。
每个分片返回各自优先队列中所有文档的ID和排序值给协调节点，协调节点合并这些值到自己的优先队列中，产生一个全局排序后的列表。

注意：协调节点它的职责是广播search请求到所有相关的shard上，然后合并他们的响应结果到一个全局的排序列表中然后进行第二个fetch阶段，注意这个结果集仅仅包含docId和所有排序的字段值，search请求可以被主shard或者副本shard处理，这也是为什么我们说增加副本的个数就能增加搜索吞吐量的原因，协调节点将会通过round-robin的方式自动负载均衡。