非常哇塞的 ES读场景写场景 性能优化指南！你值得拥有！

Posted 2022-02-09 程序员大咖

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来源丨小姐姐味道（ID：xjjdog）

原创：小姐姐味道（微信公众号ID：xjjdog），欢迎分享，转载请保留出处。

ES作为NoSQL数据库里非常重要的一员，使用越来越广泛。虽然它因为索引延迟的原因，数据在时效性上有一些缺陷，但其大容量、分布式的优秀设计，使得它在时效性要求并不是特别高的类实时搜索领域，能够大展身手。

根据使用场景和用途，ES可以分为写入和读取两种典型的应用方式。比如ELKB，我们就需要额外关注它的写优化；再比如从mysql中同步数据到ES的宽表，我们就需要额外关注它的读优化。

废话不多说，我们直接show一下优化方法。如果你对ES的一些概念还不是很清楚，建议收藏本文慢慢看。

1.写入优化

日志属于写多读少的业务场景，对写入速度要求很高。拿我们其中一个集群来说，单集群日志量达到百TB，每秒钟日志写入量达到10W条。

数据写入，主要有三个动作：flush、refresh和merge。通过调整它们的行为，即可在性能和数据可靠性之间进行权衡。

1.1 translog异步化

首先，ES需要写一份translog，它类似于MySQL中的redolog，为的是避免在断电的时候数据丢失。ES默认每次请求都进行一次flush，但对于日志来说，这没有必要，可以将这个过程改为异步的，刷盘间隔为60秒。参数如下：

curl-H"Content-Type: application/json"-XPUT'http://localhost:9200/_all/_settings?preserve_existing=true'-d'
  "index.translog.durability" : "async",
  "index.translog.flush_threshold_size" : "512mb",
  "index.translog.sync_interval" : "60s"
'

这可以说是最重要的一步优化了，对性能的影响最大，但在极端情况下会有丢失部分数据的可能。对于日志系统来说，是可以忍受的。

1.2 增加refresh间隔

除了写translog，ES还会将数据写入到一个缓冲区中。但是注意了！此时，缓冲区的内容是无法被搜索到的，它还需要写入到segment里面才可以，也就是刷新到lucence索引里面。这就是refresh动作，默认1秒。也就是你写入的数据，大概率1秒之后才会被搜索到。

这也是为什么ES不是实时搜索系统的原因，它从数据写入到数据读出，一般是有一个合并过程的，有一定的时间差。

通过index.refresh_interval可以修改这个刷新间隔。

对于日志系统来说，当然要把它调大一点啦。xjjdog这里调整到了120s，减少了这些落到segment的频率，I/O的压力自然会小，写入速度自然会快。

curl-H"Content-Type: application/json"-XPUT'http://localhost:9200/_all/_settings?preserve_existing=true'-d'
  "index.refresh_interval" : "120s"
'

1.3 merge

merge其实是lucene的机制，它主要是合并小的segment块，生成更大的segment，来提高检索的速度。

原因就是refresh过程会生成一大堆小segment文件，数据删除也会产生空间碎片。所以merge，通俗来讲就像是碎片整理进程。像postgresql等，也有vaccum进程在干同样的事。

显而易见，这种整理操作，既浪费I/O，又浪费CPU。

如果你的系统merge非常频繁，那么调整merge的块大小和频率，是一个比较好的方法。

2.读取优化

2.1 指定路由

如果你向ES里写数据，那么它会为你设置一个离散的隐藏ID，落到哪个分片，是不一定的。如果你根据一个查询条件查询数据，你设置了6个shards的话，它要查询6次才行。如果能够在路由的时候就知道数据在哪个分片上，查询速度自然会上升，这就要求我们在构造数据的时候，人工指定路由规则。它的实际运行规则如下：

shard = hash(routing) % number_of_primary_shards

比如，一个查询会变成这样。

GET my-index-000001/_search

  "query": 
    "terms": 
      "_routing": [ "user1" ] 
    
  

当然，如果你的查询维度较多，又对数据的查询速度有非常高的有求，根据routing存放多份数据是一个比较好的选择。

2.2 rollover冷热分离

rollover根据索引大小，文档数或使用期限自动过渡到新索引。当rollover触发后，将创建新索引，写别名将更新为指向新索引，所有后续更新都将写入新索引，比如indexname-000001.这种模式。

从rollover这个名字可以看出来，它和Java的log日志有一定的相似之处，比如Log4j的RollingFileAppender。

当索引变的非常大，通常是几十GB，那它的查询效率将变的非常的低，索引重建的成本也较大。实际上，很多索引的数据在时间维度上有较为明显的规律，一些冷数据将很少被用到。这个时候，建立滚动索引将是一个比较好的办法。

滚动索引一般可以与索引模板结合使用，实现按一定条件自动创建索引，ES的官方文档有具体的_rollover建立方法。

2.3 使用BoolQuery替代TermQuery

Bool查询现在包括四种子句，must、filter、should和must_not。Bool查询是true、false对比，而TermQuery是精确的字符串比对，所以如果需求相似，BoolQuery自然会快于TermQuery。

2.4 将大查询拆成分段查询

有些业务的查询比较复杂，我们不得不拼接一张非常大的宽表放在ES中，这有两个比较明显的问题。

1. 宽表的数据往往需要从其他数据源中回查拼接而成，数据更新时对源库或者ES本身都有较大的压力

2. 业务的查询JSON需要书写的非常复杂，查询效率未知，一次查询锁定的内存过高，无法进行深入优化

其实，宽表不论在RDBMS中还是ES中，都会与复杂的查询语句有关，其锁定时间都较长，业务也不够灵活。

应对这种场景的策略，通常将复杂的数据查询，转移到业务代码的拼接上来。比如，将一段非常冗长的单条查询，拆分成循环遍历的100条小查询。所有的数据库都对较小的查询请求有较好的响应，其整体性能整体上将优于复杂的单条查询。

这对我们的ES索引建模能力和编码能力提出了挑战。毕竟，在ES层面，互不相关的几个索引，将作为整体为其他服务提供所谓的数据中台接口。

2.5 增加第一次索引的速度

很多业务的索引数据往往来自于MySQL等传统数据库，第一次索引往往是全量索引，后面才是增量索引。必要的时候，也会进行索引的重建，大量的数据灌入造成了ES的索引速度建立缓慢。

为了缓解这种情况，建议在创建索引的时候，把副本数量设置成1，即没有从副本。等所有数据索引完毕，再将副本数量增加到正常水平。

这样，数据能够快速索引，副本会在后台慢慢复制。

3.通用优化

当然，我们还可以针对ES做一些通用的优化。比如，使用监控接口或者trace工具，发现线程池有明显的瓶颈，则需要调整线程池的大小。

具体的优化项如下。

3.1 线程池优化

新版本对线程池的配置进行了优化，不需要配置复杂的search、bulk、index线程池。有需要配置下面几个就行了：thread_pool.get.size, thread_pool.write.size, thread_pool.listener.size, thread_pool.analyze.size。具体可观测_cat/thread_pool接口暴露的数据进行调整。

3.2 物理冷热分离

上面的rollover接口，我们可以实现索引滚动。但是如何将冷数据存放在比较慢但是便宜的节点上？如何将某些索引移动过去？

ES支持给节点打标签，具体方式是在elasticsearch.yml文件中增加一些属性。比如：

//热节点
node.attr.temperature: hot 
//冷节点
node.attr.temperature: cold

节点有了冷热属性后，接下来就是指定数据的冷热属性，来设置和调整数据分布。ES提供了index shard filtering功能来实现索引的迁移。

首先，可以对索引也设置冷热属性。

PUT hot_data_index/_settings

    "index.routing.allocation.require.temperature": "hot"

这些索引将自动转移到冷设备上。我们可以写一些定时任务，通过_cat接口的数据，自动的完成这个转移过程。

3.2 多磁盘分散I/O

其实，可以通过配置多块磁盘的方式，来分散I/O的压力，但容易会造成数据热点集中在单块磁盘上。

ES支持在一台机器上配置多块磁盘，所以在存储规模上有更大的伸缩性。在配置文件中，配置path.data属性，即可挂载多块磁盘。

path.data : /data1, /data2, /data3

值得注意的是，如果你是在扩容，那么就需要配合reroute接口进行索引的重新分配。

3.3 减少单条记录的大小

Lucene的索引建立过程，非常耗费CPU，可以减少倒排索引的数量来减少CPU的损耗。第一个优化就是减少字段的数量；第二个优化就是减少索引字段的数量。具体的操作，是将不需要搜索的字段，index属性设置为not_analyzed或者no。至于_source和_all，在实际调试中效果不大，不再赘述。

End

ES的使用越来越广泛，从ELKB到APM，从NoSQL到搜索引擎，ES在企业中的地位也越来越重要。本文通过分析ES写入和读取场景的优化，力求从原理到实践层面，助你为ES加速。希望你在使用ES时能够更加得心应手。

通常，一个ES集群对配置的要求是较高的，尤其是APM等场景，甚至会占到PaaS平台的1/3资源甚至更多。ES提供了较多的配置选项，我们可以根据应用场景，调整ES的表现，使其更好的为我们服务。

作者简介：小姐姐味道  (xjjdog)，一个不允许程序员走弯路的公众号。聚焦基础架构和Linux。十年架构，日百亿流量，与你探讨高并发世界，给你不一样的味道。

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