所谓搜索引擎
搜索程序一般由索引链及搜索组件组成。
索引链功能的实现需要按照几个独立的步骤依次完成:检索原始内容、根据原始内容来创建对应的文档、对创建的文档进行索引。
搜索组件用于接收用户的查询请求并返回相应结果,一般由用户接口、构建可编程查询语句的方法、查询语句执行引擎及结果展示组件组成。
著名的开源程序Lucene
是为索引组件,它提供了搜索程序的核心索引和搜索模块,例如图中的Index
及下面的部分;而ElasticSearch
则更像一款搜索组件,它利用Lucene
进行文档索引,并向用户提供搜索组件,例如Index
上面的部分。二者结合起来组成了一个完整的搜索引擎。
索引组件
索引是一种数据结构,它允许对存储在其中的单词进行快速随机访问。当需要从大量文本中快速检索文本目标时,必须首先将文本内容转换成能够进行快速搜索的格式,以建立针对文本的索引数据结构,此即为索引过程。
它通常由逻辑上互不相关的几个步骤组成。
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获取内容
过网络爬虫或蜘蛛程序等来搜集及界定需要索引的内容。Lucene并不提供任何获取内容的组件,因此,需要由其它应用程序负责完成这一功能,例如著名的开源爬虫程序Solr、Nutch、Grub及Aperture等。必要时,还可以自行开发相关程序以高效获取自有的特定环境中的数据。获取到的内容需要建立为小数据块,即文档(Document)。
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建立文档
获取的原始内容需要转换成专用部件(文档)才能供搜索引擎使用。
一般来说,一个网页、一个PDF文档、一封邮件或一条日志信息可以作为一个文档。文档由带“值(Value)”的“域(Field)”组成,例如标题(Title)、正文(body)、摘要(abstract)、作者(Author)和链接(url)等。不过,二进制格式的文档处理起来要麻烦一些,例如PDF文件。
对于建立文档的过程来说有一个常见操作:向单个的文档和域中插入加权值,以便在搜索结果中对其进行排序。权值可在索引操作前静态生成,也可在搜索期间才动态生成。权值决定了其搜索相关度。
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文档分析
搜索引擎不能直接对文本进行索引,确切地说,必须首先将文本分割成一系列被称为语汇单元(token)的独立原子元素,此过程即为文档分析。每个token大致能与自然语言中的“单词”对应起来,文档分析就是用于确定文档中的文本域如何分割成token序列。
此即为切词,或分词。
文档分析中要解决的问题包括如何处理连接一体的各个单词、是否需要语法修正(例如原始内容存在错别字)、是否需要向原始token中插入同义词(例如laptop和notebook)、是否需要将大写字符统一转换为小写字符,以及是否将单数和复数格式的单词合并成同一个token等。这通常需要词干分析器等来完成此类工作,Lucene提供了大量内嵌的分析器,也支持用户自定义分析器,甚至联合Lucene的token工具和过滤器创建自定义的分析链。
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文档索引
在索引步骤中,文档将被加入到索引列表。事实上,Lucene为此仅提供了一个非常简单的API,而后自行内生地完成了此步骤的所有功能。
搜索组件
索引处理就是从索引中查找单词,从而找到包含该单词的文档的过程。搜索质量主要由查准率(Precision)和查全率(Recall)两个指标进行衡量。查准率用来衡量搜索系列过滤非相关文档的能力,而查全率用来衡量搜索系统查找相关文档的能力。
另外,除了快速搜索大量文本和搜索速度之后,搜索过程还涉及到了许多其它问题,例如单项查询、多项查询、短语查询、通配符查询、结果ranking和排序,以及友好的查询输入方式等。这些问题的解决,通常需要多个组件协作完成。
- 用户搜索界面
- 建立查询
- 搜索查询
- 结果展示
Elasticsearch 基本概念
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索引(Index)
ES将数据存储于一个或多个索引中,索引是具有类似特性的文档的集合。类比传统的关系型数据库领域来说,索引相当于SQL中的一个数据库,或者一个数据存储方案(schema)。索引由其名称(必须为全小写字符)进行标识,并通过引用此名称完成文档的创建、搜索、更新及删除操作。一个ES集群中可以按需创建任意数目的索引。
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类型(Type)
类型是索引内部的逻辑分区(category/partition),然而其意义完全取决于用户需求。因此,一个索引内部可定义一个或多个类型(type)。一般来说,类型就是为那些拥有相同的域的文档做的预定义。例如,在索引中,可以定义一个用于存储用户数据的类型,一个存储日志数据的类型,以及一个存储评论数据的类型。类比传统的关系型数据库领域来说,类型相当于“表”。
PS: ES 6.0.0 及以后的版本,一个index只能有一个type Removal of mapping types
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文档(Document)
文档是Lucene索引和搜索的原子单位,它是包含了一个或多个域的容器,基于JSON格式进行表示。文档由一个或多个域组成,每个域拥有一个名字及一个或多个值,有多个值的域通常称为“多值域”。每个文档可以存储不同的域集,但同一类型下的文档至应该有某种程度上的相似之处。
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映射(Mapping)
ES中,所有的文档在存储之前都要首先进行分析。用户可根据需要定义如何将文本分割成token、哪些token应该被过滤掉,以及哪些文本需要进行额外处理等等。另外,ES还提供了额外功能,例如将域中的内容按需排序。事实上,ES也能自动根据其值确定域的类型。
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节点(Node)
运行了单个实例的ES主机称为节点,它是集群的一个成员,可以存储数据、参与集群索引及搜索操作。类似于集群,节点靠其名称进行标识,默认为启动时自动生成的随机Marvel字符名称。用户可以按需要自定义任何希望使用的名称,但出于管理的目的,此名称应该尽可能有较好的识别性。节点通过为其配置的ES集群名称确定其所要加入的集群。
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分片(Shared)、副本(Replica)
ES的“分片(shard)”机制可将一个索引内部的数据分布地存储于多个节点,它通过将一个索引切分为多个底层物理的Lucene索引完成索引数据的分割存储功能,这每一个物理的Lucene索引称为一个分片(shard)。每个分片其内部都是一个全功能且独立的索引,因此可由集群中的任何主机存储。创建索引时,用户可指定其分片的数量,默认数量为5个。
Shard有两种类型:primary和replica,即主shard及副本shard。Primary shard用于文档存储,每个新的索引会自动创建5个Primary shard,当然此数量可在索引创建之前通过配置自行定义,不过,一旦创建完成,其Primary shard的数量将不可更改。Replica shard是Primary Shard的副本,用于冗余数据及提高搜索性能。每个Primary shard默认配置了一个Replica shard,但也可以配置多个,且其数量可动态更改。ES会根据需要自动增加或减少这些Replica shard的数量。
ES集群可由多个节点组成,各Shard分布式地存储于这些节点上。
ES可自动在节点间按需要移动shard,例如增加节点或节点故障时。简而言之,分片实现了集群的分布式存储,而副本实现了其分布式处理及冗余功能。
ElasticSearch的RESTful API通过tcp协议的9200端口提供,可通过任何趁手的客户端工具与此接口进行交互,这其中包括最为流行的curl。curl与ElasticSearch交互的通用请求格式如下面所示。
curl -X<VERB> '<PROTOCOL>://<HOST>/<PATH>?<QUERY_STRING>' -d '<BODY>'
VERB:HTTP协议的请求方法,常用的有GET、POST、PUT、HEAD以及DELETE;
PROTOCOL:协议类型,http或https;
HOST:ES集群中的任一主机的主机名;
PORT:ES服务监听的端口,默认为9200;
QUERY_STRING:查询参数,例如?pretty表示使用易读的JSON格式输出;
BODY:JSON格式的请求主体;
curl 'http://localhost:9200/?pretty'
与ElasticSearch集群交互时,其输出数据均为JSON格式,多数情况下,此格式的易读性较差。cat API会在交互时以类似于Linux上cat命令的格式对结果进行逐行输出,因此有着较JSON好些的可读性。调用cat API仅需要向“_cat”资源发起GET请求即可。具体使用方法请查阅官方文档。