1.DSL查询文档
elasticsearch的查询依然是基于JSON风格的DSL来实现的。
1.1.DSL查询分类
Elasticsearch提供了基于JSON的DSL(Domain Specific Language)来定义查询。常见的查询类型包括:
查询所有:查询出所有数据,一般测试用。例如:match_all
全文检索(full text)查询:利用分词器对用户输入内容分词,然后去倒排索引库中匹配。例如:
- match_query
- multi_match_query
精确查询:根据精确词条值查找数据,一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。例如:
- ids
- range
- term
地理(geo)查询:根据经纬度查询。例如:
- geo_distance
- geo_bounding_box
复合(compound)查询:复合查询可以将上述各种查询条件组合起来,合并查询条件。例如:
- bool
- function_score
查询的语法基本一致:
1 | GET /indexName/_search |
我们以查询所有为例,其中:
- 查询类型为match_all
- 没有查询条件
1 | // 查询所有 |
其它查询无非就是查询类型、查询条件的变化。
1.2.全文检索查询
1.2.1.使用场景
全文检索查询的基本流程如下:
- 对用户搜索的内容做分词,得到词条
- 根据词条去倒排索引库中匹配,得到文档id
- 根据文档id找到文档,返回给用户
比较常用的场景包括:
- 商城的输入框搜索
- 百度输入框搜索
例如京东:

因为是拿着词条去匹配,因此参与搜索的字段也必须是可分词的text类型的字段。
1.2.2.基本语法
常见的全文检索查询包括:
- match查询:单字段查询
- multi_match查询:多字段查询,任意一个字段符合条件就算符合查询条件
match查询语法如下:
1 | GET /indexName/_search |
mulit_match语法如下:
1 | GET /indexName/_search |
1.2.3.示例
match查询示例:

multi_match查询示例:

可以看到,两种查询结果是一样的,为什么?
因为我们将brand、name、business值都利用copy_to复制到了all字段中。因此你根据三个字段搜索,和根据all字段搜索效果当然一样了。
但是,搜索字段越多,对查询性能影响越大,因此建议采用copy_to,然后单字段查询的方式。
1.2.4 match_phrase
match_phrase:短语匹配
短语匹配,查询比较严格,查询的精度较高。一般需要跟slop偏移量配合使用,增加召回成功率。
比如有文档4条:1.
关注我,系统学编程,2.系统学编程,关注我, 3.系统编程,关注我4,关注我,间隔系统学编程那么搜索
关注我,系统学就只能搜到1,而match可以查询到所有文档含义:相比match,更强调多个分词顺序和检索词一致,且连续,都要完整匹配才能检索到。
场景:实战应用中会较多使用,结合slop调整顺序和精度
1.2.5 dis_max
有两条doc数据
1 | POST /book/_doc/1 |
不使用dis_max查询
得到的结果是: 相关性得分缺失文档1高于文档2
1 | POST /book/_search |
相关性得分计算过程是:
- 使用match查询"elasticsearch aggs"时,首先会被拆分为elasticsearch和aggs两个分词;
- 然后使用should里面的每个子句去查询同一个文档:
- 文档1的body和title都命中elasticsearch,满足should中的两个子句,文档得2分;
- 文档2的title命中elasticsearch和aggs,但是只满足了should中关于title的子句,文档得1分,
- 所以最后文档1的得分高于文档2,尽管文档2的匹配度更高。
使用dis_max查询
诠释: 以最佳匹配的子句的得分作为整个文档的相关性得分。
1 | POST /book/_search |
那么,dis_max查询过程中文档1和文档2的得分计算过程为:
- 使用match查询"elasticsearch aggs"时,首先会被拆分为elasticsearch和aggs两个分词;
- 然后使用should里面的每个子句去查询同一个文档:
- 文档1的body和title都命中elasticsearch,body子句得1分,title子句也是1分,最后取两个子句中的最高分作为文档1的最后得分,即最后文档1的相关性得分为1分;
- 文档2的title命中elasticsearch和aggs,body没有命中任何分词,所以title子句得分为2分,body子句得分为0分,最后去body和title子句的最高分作为文档2的最后的得分,即文档2得2分;
- 所以最后文档2的得分高于文档1,符合我们的需求。
关于tie_breaker
下面从宏观上来讲的简单公式:
score=best_field.score × boost + other_fields × boost.score × tie_breaker
实际计算远比这个公式复杂得多,还要考虑分片因素、出现位置、文档长短等。
评分算法请参考:http://m.blog.csdn.net/article/details?id=50623948。
字段介绍参考: https://www.cnblogs.com/lovezhr/p/15094388.html
tie_breaker的参数值要同时考虑到最佳match和所有match,推荐0.1---0.4,如果是0的话,就只考虑最佳match了
总结
match和multi_match的区别是什么?
- match:根据一个字段查询
- multi_match:根据多个字段查询,参与查询字段越多,查询性能越差
1.3.精准查询
精确查询一般是查找keyword、数值、日期、boolean等类型字段。所以不会对搜索条件分词。常见的有:
- term:根据词条精确值查询
- range:根据值的范围查询
1.3.1.term查询
因为精确查询的字段搜是不分词的字段,因此查询的条件也必须是不分词的词条。查询时,用户输入的内容跟自动值完全匹配时才认为符合条件。如果用户输入的内容过多,反而搜索不到数据。
语法说明:
1 | // term查询 |
示例:
当我搜索的是精确词条时,能正确查询出结果:

但是,当我搜索的内容不是词条,而是多个词语形成的短语时,反而搜索不到:

1.3.2.range查询
范围查询,一般应用在对数值类型做范围过滤的时候。比如做价格范围过滤。
基本语法:
1 | // range查询 |
示例:

1.3.3.总结
精确查询常见的有哪些?
- term查询:根据词条精确匹配,一般搜索keyword类型、数值类型、布尔类型、日期类型字段
- range查询:根据数值范围查询,可以是数值、日期的范围
1.4.地理坐标查询
所谓的地理坐标查询,其实就是根据经纬度查询,官方文档:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/geo-queries.html
常见的使用场景包括:
- 携程:搜索我附近的酒店
- 滴滴:搜索我附近的出租车
- 微信:搜索我附近的人
附近的酒店:

附近的车:

1.4.1.矩形范围查询
矩形范围查询,也就是geo_bounding_box查询,查询坐标落在某个矩形范围的所有文档:

查询时,需要指定矩形的左上、右下两个点的坐标,然后画出一个矩形,落在该矩形内的都是符合条件的点。
语法如下:
1 | // geo_bounding_box查询 |
这种并不符合“附近的人”这样的需求,所以我们就不做了。
1.4.2.附近查询
附近查询,也叫做距离查询(geo_distance):查询到指定中心点小于某个距离值的所有文档。
换句话来说,在地图上找一个点作为圆心,以指定距离为半径,画一个圆,落在圆内的坐标都算符合条件:

语法说明:
1 | // geo_distance 查询 |
示例:
我们先搜索陆家嘴附近15km的酒店:

发现共有47家酒店。
然后把半径缩短到3公里:

可以发现,搜索到的酒店数量减少到了5家。
1.5.复合查询
复合(compound)查询:复合查询可以将其它简单查询组合起来,实现更复杂的搜索逻辑。常见的有两种:
- fuction score:算分函数查询,可以控制文档相关性算分,控制文档排名
- bool query:布尔查询,利用逻辑关系组合多个其它的查询,实现复杂搜索
1.5.1.相关性算分
当我们利用match查询时,文档结果会根据与搜索词条的关联度打分(_score),返回结果时按照分值降序排列。
例如,我们搜索 "虹桥如家",结果如下:
1 | [ |
在elasticsearch中,早期使用的打分算法是TF-IDF算法,公式如下:

在后来的5.1版本升级中,elasticsearch将算法改进为BM25算法,公式如下:

TF-IDF算法有一个缺陷,就是词条频率越高,文档得分也会越高,单个词条对文档影响较大。而BM25则会让单个词条的算分有一个上限,曲线更加平滑:

小结:elasticsearch会根据词条和文档的相关度做打分,算法由两种:
- TF-IDF算法
- BM25算法,elasticsearch5.1版本后采用的算法
1.5.2.算分函数查询
根据相关度打分是比较合理的需求,但合理的不一定是产品经理需要的。
以百度为例,你搜索的结果中,并不是相关度越高排名越靠前,而是谁掏的钱多排名就越靠前。如图:

要想为控制相关性算分,就需要利用elasticsearch中的function score 查询了。
1)语法说明

function score 查询中包含四部分内容:
- 原始查询条件:query部分,基于这个条件搜索文档,并且基于BM25算法给文档打分,原始算分(query score)
- 过滤条件:filter部分,符合该条件的文档才会重新算分
- 算分函数:符合filter条件的文档要根据这个函数做运算,得到的函数算分(function score),有四种函数
- weight:函数结果是常量
- field_value_factor:以文档中的某个字段值作为函数结果
- random_score:以随机数作为函数结果
- script_score:自定义算分函数算法
- 运算模式:算分函数的结果、原始查询的相关性算分,两者之间的运算方式,包括:
- multiply:相乘
- replace:用function score替换query score
- 其它,例如:sum、avg、max、min
function score的运行流程如下:
- 1)根据原始条件查询搜索文档,并且计算相关性算分,称为原始算分(query score)
- 2)根据过滤条件,过滤文档
- 3)符合过滤条件的文档,基于算分函数运算,得到函数算分(function score)
- 4)将原始算分(query score)和函数算分(function score)基于运算模式做运算,得到最终结果,作为相关性算分。
因此,其中的关键点是:
- 过滤条件:决定哪些文档的算分被修改
- 算分函数:决定函数算分的算法
- 运算模式:决定最终算分结果
2)示例
需求:给“如家”这个品牌的酒店排名靠前一些
翻译一下这个需求,转换为之前说的四个要点:
- 原始条件:不确定,可以任意变化
- 过滤条件:brand = "如家"
- 算分函数:可以简单粗暴,直接给固定的算分结果,weight
- 运算模式:比如求和
因此最终的DSL语句如下:
1 | GET /hotel/_search |
测试,在未添加算分函数时,如家得分如下:

添加了算分函数后,如家得分就提升了:

3)小结
function score query定义的三要素是什么?
- 过滤条件:哪些文档要加分
- 算分函数:如何计算function score
- 加权方式:function score 与 query score如何运算
1.5.3.布尔查询
布尔查询是一个或多个查询子句的组合,每一个子句就是一个子查询。子查询的组合方式有:
- must:必须匹配每个子查询,类似“与”
- should:选择性匹配子查询,类似“或”
- must_not:必须不匹配,不参与算分,类似“非”
- filter:必须匹配,不参与算分
比如在搜索酒店时,除了关键字搜索外,我们还可能根据品牌、价格、城市等字段做过滤:

每一个不同的字段,其查询的条件、方式都不一样,必须是多个不同的查询,而要组合这些查询,就必须用bool查询了。
需要注意的是,搜索时,参与打分的字段越多,查询的性能也越差。因此这种多条件查询时,建议这样做:
- 搜索框的关键字搜索,是全文检索查询,使用must查询,参与算分
- 其它过滤条件,采用filter查询。不参与算分
1)语法示例:
1 | GET /hotel/_search |
2)示例
需求:搜索名字包含“如家”,价格不高于400,在坐标31.21,121.5周围10km范围内的酒店。
分析:
- 名称搜索,属于全文检索查询,应该参与算分。放到must中
- 价格不高于400,用range查询,属于过滤条件,不参与算分。放到must_not中
- 周围10km范围内,用geo_distance查询,属于过滤条件,不参与算分。放到filter中

3)小结
bool查询有几种逻辑关系?
- must:必须匹配的条件,可以理解为“与”
- should:选择性匹配的条件,可以理解为“或”
- must_not:必须不匹配的条件,不参与打分
- filter:必须匹配的条件,不参与打分
1.6 update_by_query/delete_by_query
1.6.1 update的内容为添加的内容
1 | POST device_search_20200716/_update_by_query?conflicts=proceed&timeout=1d&&slices=5 |
1.6.2 update的内容为修改的内容
1 | POST device_search_20200716/_update_by_query?conflicts=proceed |
1.6.3 delete_by_query
1 | POST index_name/_delete_by_query |
2.搜索结果处理
搜索的结果可以按照用户指定的方式去处理或展示。
2.1.排序
elasticsearch默认是根据相关度算分(_score)来排序,但是也支持自定义方式对搜索结果排序。可以排序字段类型有:keyword类型、数值类型、地理坐标类型、日期类型等。
2.1.1.普通字段排序
keyword、数值、日期类型排序的语法基本一致。
语法:
1 | GET /indexName/_search |
排序条件是一个数组,也就是可以写多个排序条件。按照声明的顺序,当第一个条件相等时,再按照第二个条件排序,以此类推
示例:
需求描述:酒店数据按照用户评价(score)降序排序,评价相同的按照价格(price)升序排序

2.1.2.地理坐标排序
地理坐标排序略有不同。
语法说明:
1 | GET /indexName/_search |
这个查询的含义是:
- 指定一个坐标,作为目标点
- 计算每一个文档中,指定字段(必须是geo_point类型)的坐标 到目标点的距离是多少
- 根据距离排序
1 | GET /indexName/_search |
使用脚本进行查询, 这个查询的含义是:
- 按照查询字段
xxx的L值出现的位置进行排序,出现的位置越靠前则score越高
示例:
需求描述:实现对酒店数据按照到你的位置坐标的距离升序排序
提示:获取你的位置的经纬度的方式:https://lbs.amap.com/demo/jsapi-v2/example/map/click-to-get-lnglat/
假设我的位置是:31.034661,121.612282,寻找我周围距离最近的酒店。

2.2.分页
elasticsearch 默认情况下只返回top10的数据。而如果要查询更多数据就需要修改分页参数了。elasticsearch中通过修改from、size参数来控制要返回的分页结果:
- from:从第几个文档开始
- size:总共查询几个文档
类似于mysql中的limit ?, ?
2.2.1.基本的分页
分页的基本语法如下:
1 | GET /hotel/_search |
2.2.2.深度分页问题
现在,我要查询990~1000的数据,查询逻辑要这么写:
1 | GET /hotel/_search |
这里是查询990开始的数据,也就是 第990~第1000条 数据。
不过,elasticsearch内部分页时,必须先查询 0~1000条,然后截取其中的990 ~ 1000的这10条:

查询TOP1000,如果es是单点模式,这并无太大影响。
但是elasticsearch将来一定是集群,例如我集群有5个节点,我要查询TOP1000的数据,并不是每个节点查询200条就可以了。
因为节点A的TOP200,在另一个节点可能排到10000名以外了。
因此要想获取整个集群的TOP1000,必须先查询出每个节点的TOP1000,汇总结果后,重新排名,重新截取TOP1000。

那如果我要查询9900~10000的数据呢?是不是要先查询TOP10000呢?那每个节点都要查询10000条?汇总到内存中?
当查询分页深度较大时,汇总数据过多,对内存和CPU会产生非常大的压力,因此elasticsearch会禁止from+ size 超过10000的请求。
针对深度分页,ES提供了两种解决方案,官方文档:
- search after:分页时需要排序,原理是从上一次的排序值开始,查询下一页数据。官方推荐使用的方式。
- scroll:原理将排序后的文档id形成快照,保存在内存。官方已经不推荐使用。
2.2.3.小结
分页查询的常见实现方案以及优缺点:
from + size:- 优点:支持随机翻页
- 缺点:深度分页问题,默认查询上限(from + size)是10000
- 场景:百度、京东、谷歌、淘宝这样的随机翻页搜索
after search:- 优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000)
- 缺点:只能向后逐页查询,不支持随机翻页
- 场景:没有随机翻页需求的搜索,例如手机向下滚动翻页
scroll:- 优点:没有查询上限(单次查询的size不超过10000)
- 缺点:会有额外内存消耗,并且搜索结果是非实时的
- 场景:海量数据的获取和迁移。从ES7.1开始不推荐,建议用 after search方案。
2.3.高亮
2.3.1.高亮原理
什么是高亮显示呢?
我们在百度,京东搜索时,关键字会变成红色,比较醒目,这叫高亮显示:

高亮显示的实现分为两步:
- 1)给文档中的所有关键字都添加一个标签,例如
<em>标签 - 2)页面给
<em>标签编写CSS样式
2.3.2.实现高亮
高亮的语法:
1 | GET /hotel/_search |
注意:
- 高亮是对关键字高亮,因此搜索条件必须带有关键字,而不能是范围这样的查询。
- 默认情况下,高亮的字段,必须与搜索指定的字段一致,否则无法高亮
- 如果要对非搜索字段高亮,则需要添加一个属性:required_field_match=false
示例:

2.4.输出结果处理
2.4.1.格式化输出
格式化输出指让es的返回结果更具有可读性。主要有两个pretty=true和v
http://{{ _.es_url }}/_cat/indices?v在url参数添加一个v字母可以让输出结果带有表头。比如上一节在讲es元信息查询的时候,可以看到一般都有带v字母参数,就是为了让返回结果有表头http://{{ _.es_url }}/zhy-detect-2021*/_search?pretty=true。pretty参数是为了让返回的json字符串能更加可读。
2.4.2. 展平配置信息
flat_settings=true参数可以让配置信息展平,而不是一层套一层的json对象。这个参数也只有对配置信息有用,对普通返回结果没有用。
如,查询配置api:http://{{ _.es_url }}/test-20201127/_settings?flat_settings=true
返回结果如下:
1 | { |
2.4.3.返回信息过滤
在进行es查询的时候会返回很多信息,如果用惯了SQL,会发现ES咋返回这么多无用的数据呢,如果觉得有些数据无用,可以将其过滤掉,使用filter_path字段,如http://{{ _.es_url }}/test-20201220/_search?filter_path=-**.blob,-**.blob1
使用该字段过滤的时候需要注意以下细节:
- 他的过滤是可以有层级的。比如如果只要返回hits字段,可以写
filter_path=hits,如果需要返回hits字段中的hits,可以写filter_path=hits.hits,即通过点(.)的方式指定返回层级。 - 如果hits返回的是一个数组,数组中每个元素还有source字段,还可以指定
filter_path=hits.hits._source。这样返回的数组的对象只包含source字段。 - 如果指定的过滤字段不存在不会报错,而是返回一个空对象(这很容易理解)
- 如果需要指定过滤多个字段,多个字段直接用逗号(,)分割,就像:filter_path=hits.hits,took还可以通过通配符匹配字段,比如要匹配hits字段下任意字段下的_source字段,可以使用
<filter_path=hits.*._source>来匹配 - 如果是两个
*,即**,可以匹配任意深度的路径,比如还是要查询_source字段,但是这次不知道他的具体父路径,可以使用<filter_path=**._source>来匹配 - 上面说的所有情况都是过滤要留下的字段,而不是排除的字段。如果要排除字段,上面所有规则依然生效,只是在要排除的字段前面加一个减号(-),比如要排除任意深度下的_source子字段只需要写
<filter_path=-**._source>即可,注意,前面是有减号的,没有减号表示只保留这个字段。
2.4.4.返回匹配文档数
默认情况下,如果匹配到的文档数大于10000,会以10000显示。显然这在很多情况下不能满足我们的需求。为了获取真实匹配到的文档数,可以使用track_total_hits=true参数。,如http://{{ _.es_url }}/test-2021*/_search?track_total_hits=true,返回结果如下:
1 | ... |
2.5.总结
查询的DSL是一个大的JSON对象,包含下列属性:
- query:查询条件
- from和size:分页条件
- sort:排序条件
- highlight:高亮条件
示例:

3.RestClient查询文档
文档的查询同样适用昨天学习的 RestHighLevelClient对象,基本步骤包括:
- 1)准备Request对象
- 2)准备请求参数
- 3)发起请求
- 4)解析响应
3.1.快速入门
我们以match_all查询为例
3.1.1.发起查询请求

代码解读:
第一步,创建
SearchRequest对象,指定索引库名第二步,利用
request.source()构建DSL,DSL中可以包含查询、分页、排序、高亮等query():代表查询条件,利用QueryBuilders.matchAllQuery()构建一个match_all查询的DSL
第三步,利用client.search()发送请求,得到响应
这里关键的API有两个,一个是request.source(),其中包含了查询、排序、分页、高亮等所有功能:

另一个是QueryBuilders,其中包含match、term、function_score、bool等各种查询:

3.1.2.解析响应
响应结果的解析:

elasticsearch返回的结果是一个JSON字符串,结构包含:
hits:命中的结果total:总条数,其中的value是具体的总条数值max_score:所有结果中得分最高的文档的相关性算分hits:搜索结果的文档数组,其中的每个文档都是一个json对象_source:文档中的原始数据,也是json对象
因此,我们解析响应结果,就是逐层解析JSON字符串,流程如下:
SearchHits:通过response.getHits()获取,就是JSON中的最外层的hits,代表命中的结果SearchHits#getTotalHits().value:获取总条数信息SearchHits#getHits():获取SearchHit数组,也就是文档数组SearchHit#getSourceAsString():获取文档结果中的_source,也就是原始的json文档数据
3.1.3.完整代码
完整代码如下:
1 |
|
3.1.4.小结
查询的基本步骤是:
创建SearchRequest对象
准备Request.source(),也就是DSL。
① QueryBuilders来构建查询条件
② 传入Request.source() 的 query() 方法
发送请求,得到结果
解析结果(参考JSON结果,从外到内,逐层解析)
3.2.match查询
全文检索的match和multi_match查询与match_all的API基本一致。差别是查询条件,也就是query的部分。

因此,Java代码上的差异主要是request.source().query()中的参数了。同样是利用QueryBuilders提供的方法:

而结果解析代码则完全一致,可以抽取并共享。
完整代码如下:
1 |
|
3.3.精确查询
精确查询主要是两者:
- term:词条精确匹配
- range:范围查询
与之前的查询相比,差异同样在查询条件,其它都一样。
查询条件构造的API如下:

3.4.布尔查询
布尔查询是用must、must_not、filter等方式组合其它查询,代码示例如下:

可以看到,API与其它查询的差别同样是在查询条件的构建,QueryBuilders,结果解析等其他代码完全不变。
完整代码如下:
1 |
|
3.5.排序、分页
搜索结果的排序和分页是与query同级的参数,因此同样是使用request.source()来设置。
对应的API如下:

完整代码示例:
1 |
|
3.6.高亮
高亮的代码与之前代码差异较大,有两点:
- 查询的DSL:其中除了查询条件,还需要添加高亮条件,同样是与query同级。
- 结果解析:结果除了要解析_source文档数据,还要解析高亮结果
3.6.1.高亮请求构建
高亮请求的构建API如下:

上述代码省略了查询条件部分,但是大家不要忘了:高亮查询必须使用全文检索查询,并且要有搜索关键字,将来才可以对关键字高亮。
完整代码如下:
1 |
|
3.6.2.高亮结果解析
高亮的结果与查询的文档结果默认是分离的,并不在一起。
因此解析高亮的代码需要额外处理:

代码解读:
- 第一步:从结果中获取source。hit.getSourceAsString(),这部分是非高亮结果,json字符串。还需要反序列为HotelDoc对象
- 第二步:获取高亮结果。hit.getHighlightFields(),返回值是一个Map,key是高亮字段名称,值是HighlightField对象,代表高亮值
- 第三步:从map中根据高亮字段名称,获取高亮字段值对象HighlightField
- 第四步:从HighlightField中获取Fragments,并且转为字符串。这部分就是真正的高亮字符串了
- 第五步:用高亮的结果替换HotelDoc中的非高亮结果
完整代码如下:
1 | private void handleResponse(SearchResponse response) { |