Основы Elasticsearch

Elasticsearch — поисковый движок с json rest api, использующий Lucene и написанный на Java. Описание всех преимуществ этого движка доступно на официальном сайте. Далее по тексту будем называть Elasticsearch как ES.
Подобные движки используются при сложном поиске по базе документов. Например, поиск с учетом морфологии языка или поиск по geo координатам.
В этой статье я расскажу про основы ES на примере индексации постов блога. Покажу как фильтровать, сортировать и искать документы.
Чтобы не зависеть от операционной системы, все запросы к ES я буду делать с помощью CURL. Также есть плагин для google chrome под названием sense.
По тексту расставлены ссылки на документацию и другие источники. В конце размещены ссылки для быстрого доступа к документации. Определения незнакомых терминов можно прочитать в глоссарии.

Установка ES

Для этого нам сначала потребуется Java. Разработчики рекомендуют установить версии Java новее, чем Java 8 update 20 или Java 7 update 55.
Дистрибутив ES доступен на сайте разработчика. После распаковки архива нужно запустить bin/elasticsearch. Также доступны пакеты для apt и yum. Есть официальный image для docker. Подробнее об установке.
После установки и запуска проверим работоспособность:

# для удобства запомним адрес в переменную
#export ES_URL=$(docker-machine ip dev):9200
export ES_URL=localhost:9200

curl -X GET $ES_URL

Нам придет приблизительно такой ответ:

{
  "name" : "Heimdall",
  "cluster_name" : "elasticsearch",
  "version" : {
    "number" : "2.2.1",
    "build_hash" : "d045fc29d1932bce18b2e65ab8b297fbf6cd41a1",
    "build_timestamp" : "2016-03-09T09:38:54Z",
    "build_snapshot" : false,
    "lucene_version" : "5.4.1"
  },
  "tagline" : "You Know, for Search"
}

Индексация

Добавим пост в ES:

# Добавим документ c id 1 типа post в индекс blog.
# ?pretty указывает, что вывод должен быть человеко-читаемым.

curl -XPUT "$ES_URL/blog/post/1?pretty" -d'
{
  "title": "Веселые котята",
  "content": "<p>Смешная история про котят<p>",
  "tags": [
    "котята",
    "смешная история"
  ],
  "published_at": "2014-09-12T20:44:42+00:00"
}'

ответ сервера:

{
  "_index" : "blog",
  "_type" : "post",
  "_id" : "1",
  "_version" : 1,
  "_shards" : {
    "total" : 2,
    "successful" : 1,
    "failed" : 0
  },
  "created" : false
}

ES автоматически создал индекс blog и тип post. Можно провести условную аналогию: индекс — это база данных, а тип — таблица в этой БД. Каждый тип имеет свою схему — mapping, также как и реляционная таблица. Mapping генерируется автоматически при индексации документа:

# Получим mapping всех типов индекса blog
curl -XGET "$ES_URL/blog/_mapping?pretty"

В ответе сервера я добавил в комментариях значения полей проиндексированного документа:

{
  "blog" : {
    "mappings" : {
      "post" : {
        "properties" : {
          /* "content": "<p>Смешная история про котят<p>", */ 
          "content" : {
            "type" : "string"
          },
          /* "published_at": "2014-09-12T20:44:42+00:00" */
          "published_at" : {
            "type" : "date",
            "format" : "strict_date_optional_time||epoch_millis"
          },
          /* "tags": ["котята", "смешная история"] */
          "tags" : {
            "type" : "string"
          },
          /*  "title": "Веселые котята" */
          "title" : {
            "type" : "string"
          }
        }
      }
    }
  }
}

Стоит отметить, что ES не делает различий между одиночным значением и массивом значений. Например, поле title содержит просто заголовок, а поле tags — массив строк, хотя они представлены в mapping одинаково.
Позднее мы поговорим о маппинге более подобно.

Запросы

Извлечение документа по его id:

# извлечем документ с id 1 типа post из индекса blog
curl -XGET "$ES_URL/blog/post/1?pretty"

{
  "_index" : "blog",
  "_type" : "post",
  "_id" : "1",
  "_version" : 1,
  "found" : true,
  "_source" : {
    "title" : "Веселые котята",
    "content" : "<p>Смешная история про котят<p>",
    "tags" : [ "котята", "смешная история" ],
    "published_at" : "2014-09-12T20:44:42+00:00"
  }
}

В ответе появились новые ключи: _version и _source. Вообще, все ключи, начинающиеся с _ относятся к служебным.
Ключ _version показывает версию документа. Он нужен для работы механизма оптимистических блокировок. Например, мы хотим изменить документ, имеющий версию 1. Мы отправляем измененный документ и указываем, что это правка документа с версией 1. Если кто-то другой тоже редактировал документ с версией 1 и отправил изменения раньше нас, то ES не примет наши изменения, т.к. он хранит документ с версией 2.
Ключ _source содержит тот документ, который мы индексировали. ES не использует это значение для поисковых операций, т.к. для поиска используются индексы. Для экономии места ES хранит сжатый исходный документ. Если нам нужен только id, а не весь исходный документ, то можно отключить хранение исходника.
Если нам не нужна дополнительная информация, можно получить только содержимое _source:

curl -XGET "$ES_URL/blog/post/1/_source?pretty"

{
  "title" : "Веселые котята",
  "content" : "<p>Смешная история про котят<p>",
  "tags" : [ "котята", "смешная история" ],
  "published_at" : "2014-09-12T20:44:42+00:00"
}

Также можно выбрать только определенные поля:

# извлечем только поле title
curl -XGET "$ES_URL/blog/post/1?_source=title&pretty"

{
  "_index" : "blog",
  "_type" : "post",
  "_id" : "1",
  "_version" : 1,
  "found" : true,
  "_source" : {
    "title" : "Веселые котята"
  }
}

Давайте проиндексируем еще несколько постов и выполним более сложные запросы.

curl -XPUT "$ES_URL/blog/post/2" -d'
{
  "title": "Веселые щенки",
  "content": "<p>Смешная история про щенков<p>",
  "tags": [
    "щенки",
    "смешная история"
  ],
  "published_at": "2014-08-12T20:44:42+00:00"
}'

curl -XPUT "$ES_URL/blog/post/3" -d'
{
  "title": "Как у меня появился котенок",
  "content": "<p>Душераздирающая история про бедного котенка с улицы<p>",
  "tags": [
    "котята"
  ],
  "published_at": "2014-07-21T20:44:42+00:00"
}'

Сортировка

# найдем последний пост по дате публикации и извлечем поля title и published_at
curl -XGET "$ES_URL/blog/post/_search?pretty" -d'
{
  "size": 1,
  "_source": ["title", "published_at"],
  "sort": [{"published_at": "desc"}]
}'

{
  "took" : 8,
  "timed_out" : false,
  "_shards" : {
    "total" : 5,
    "successful" : 5,
    "failed" : 0
  },
  "hits" : {
    "total" : 3,
    "max_score" : null,
    "hits" : [ {
      "_index" : "blog",
      "_type" : "post",
      "_id" : "1",
      "_score" : null,
      "_source" : {
        "title" : "Веселые котята",
        "published_at" : "2014-09-12T20:44:42+00:00"
      },
      "sort" : [ 1410554682000 ]
    } ]
  }
}

Мы выбрали последний пост. size ограничивает кол-во документов в выдаче. total показывает общее число документов, подходящих под запрос. sort в выдаче содержит массив целых чисел, по которым производится сортировка. Т.е. дата преобразовалась в целое число. Подробнее о сортировке можно прочитать в документации.

Фильтры и запросы

ES с версии 2 не различает фильты и запросы, вместо этого вводится понятие контекстов.
Контекст запроса отличается от контекста фильтра тем, что запрос генерирует _score и не кэшируется. Что такое _score я покажу позже.

Фильтрация по дате

Используем запрос range в контексте filter:

# получим посты, опубликованные 1ого сентября или позже
curl -XGET "$ES_URL/blog/post/_search?pretty" -d'
{
  "filter": {
    "range": {
      "published_at": { "gte": "2014-09-01" }
    }
  }
}'

Фильтрация по тегам

Используем term query для поиска id документов, содержащих заданное слово:

# найдем все документы, в поле tags которых есть элемент 'котята'
curl -XGET "$ES_URL/blog/post/_search?pretty" -d'
{
  "_source": [
    "title",
    "tags"
  ],
  "filter": {
    "term": {
      "tags": "котята"
    }
  }
}'

{
  "took" : 9,
  "timed_out" : false,
  "_shards" : {
    "total" : 5,
    "successful" : 5,
    "failed" : 0
  },
  "hits" : {
    "total" : 2,
    "max_score" : 1.0,
    "hits" : [ {
      "_index" : "blog",
      "_type" : "post",
      "_id" : "1",
      "_score" : 1.0,
      "_source" : {
        "title" : "Веселые котята",
        "tags" : [ "котята", "смешная история" ]
      }
    }, {
      "_index" : "blog",
      "_type" : "post",
      "_id" : "3",
      "_score" : 1.0,
      "_source" : {
        "title" : "Как у меня появился котенок",
        "tags" : [ "котята" ]
      }
    } ]
  }
}

Полнотекстовый поиск

Три наших документа содержат в поле content следующее:

• <p>Смешная история про котят<p>
• <p>Смешная история про щенков<p>
• <p>Душераздирающая история про бедного котенка с улицы<p>

Используем match query для поиска id документов, содержащих заданное слово:

# source: false означает, что не нужно извлекать _source найденных документов
curl -XGET "$ES_URL/blog/post/_search?pretty" -d'
{
  "_source": false,
  "query": {
    "match": {
      "content": "история"
    }
  }
}'

{
  "took" : 13,
  "timed_out" : false,
  "_shards" : {
    "total" : 5,
    "successful" : 5,
    "failed" : 0
  },
  "hits" : {
    "total" : 3,
    "max_score" : 0.11506981,
    "hits" : [ {
      "_index" : "blog",
      "_type" : "post",
      "_id" : "2",
      "_score" : 0.11506981
    }, {
      "_index" : "blog",
      "_type" : "post",
      "_id" : "1",
      "_score" : 0.11506981
    }, {
      "_index" : "blog",
      "_type" : "post",
      "_id" : "3",
      "_score" : 0.095891505
    } ]
  }
}

Однако, если искать "истории" в поле контент, то мы ничего не найдем, т.к. в индексе содержатся только оригинальные слова, а не их основы. Для того чтобы сделать качественный поиск, нужно настроить анализатор.
Поле _score показывает релевантность. Если запрос выпоняется в filter context, то значение _score всегда будет равно 1, что означает полное соответствие фильтру.

Анализаторы

Анализаторы нужны, чтобы преобразовать исходный текст в набор токенов.
Анализаторы состоят из одного Tokenizer и нескольких необязательных TokenFilters. Tokenizer может предшествовать нескольким CharFilters. Tokenizer разбивают исходную строку на токены, например, по пробелам и символам пунктуации. TokenFilter может изменять токены, удалять или добавлять новые, например, оставлять только основу слова, убирать предлоги, добавлять синонимы. CharFilter — изменяет исходную строку целиком, например, вырезает html теги.
В ES есть несколько стандартных анализаторов. Например, анализатор russian.
Воспользуемся api и посмотрим, как анализаторы standard и russian преобразуют строку "Веселые истории про котят":

# используем анализатор standard       
# обязательно нужно перекодировать не ASCII символы
curl -XGET "$ES_URL/_analyze?pretty&analyzer=standard&text=%D0%92%D0%B5%D1%81%D0%B5%D0%BB%D1%8B%D0%B5%20%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B8%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%20%D0%BA%D0%BE%D1%82%D1%8F%D1%82"

{
  "tokens" : [ {
    "token" : "веселые",
    "start_offset" : 0,
    "end_offset" : 7,
    "type" : "<ALPHANUM>",
    "position" : 0
  }, {
    "token" : "истории",
    "start_offset" : 8,
    "end_offset" : 15,
    "type" : "<ALPHANUM>",
    "position" : 1
  }, {
    "token" : "про",
    "start_offset" : 16,
    "end_offset" : 19,
    "type" : "<ALPHANUM>",
    "position" : 2
  }, {
    "token" : "котят",
    "start_offset" : 20,
    "end_offset" : 25,
    "type" : "<ALPHANUM>",
    "position" : 3
  } ]
}

# используем анализатор russian
curl -XGET "$ES_URL/_analyze?pretty&analyzer=russian&text=%D0%92%D0%B5%D1%81%D0%B5%D0%BB%D1%8B%D0%B5%20%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B8%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%20%D0%BA%D0%BE%D1%82%D1%8F%D1%82"

{
  "tokens" : [ {
    "token" : "весел",
    "start_offset" : 0,
    "end_offset" : 7,
    "type" : "<ALPHANUM>",
    "position" : 0
  }, {
    "token" : "истор",
    "start_offset" : 8,
    "end_offset" : 15,
    "type" : "<ALPHANUM>",
    "position" : 1
  }, {
    "token" : "кот",
    "start_offset" : 20,
    "end_offset" : 25,
    "type" : "<ALPHANUM>",
    "position" : 3
  } ]
}

Стандартный анализатор разбил строку по пробелам и перевел все в нижний регистр, анализатор russian — убрал не значимые слова, перевел в нижний регистр и оставил основу слов.
Посмотрим, какие Tokenizer, TokenFilters, CharFilters использует анализатор russian:

{
  "filter": {
    "russian_stop": {
      "type":       "stop",
      "stopwords":  "_russian_"
    },
    "russian_keywords": {
      "type":       "keyword_marker",
      "keywords":   []
    },
    "russian_stemmer": {
      "type":       "stemmer",
      "language":   "russian"
    }
  },
  "analyzer": {
    "russian": {
      "tokenizer":  "standard",
      /* TokenFilters */
      "filter": [
        "lowercase",
        "russian_stop",
        "russian_keywords",
        "russian_stemmer"
      ]
      /* CharFilters отсутствуют */
    }
  }
}

Опишем свой анализатор на основе russian, который будет вырезать html теги. Назовем его default, т.к. анализатор с таким именем будет использоваться по умолчанию.

{
  "filter": {
    "ru_stop": {
      "type":       "stop",
      "stopwords":  "_russian_"
    },
    "ru_stemmer": {
      "type":       "stemmer",
      "language":   "russian"
    }
  },
  "analyzer": {
    "default": {
      /* добавляем удаление html тегов */
      "char_filter": ["html_strip"],
      "tokenizer":  "standard",
      "filter": [
        "lowercase",
        "ru_stop",
        "ru_stemmer"
      ]
    }
  }
}

Сначала из исходной строки удалятся все html теги, потом ее разобьет на токены tokenizer standard, полученные токены перейдут в нижний регистр, удалятся незначимые слова и от оставшихся токенов останется основа слова.

Создание индекса

Выше мы описали dafault анализатор. Он будет применяться ко всем строковым полям. Наш пост содержит массив тегов, соответственно, теги тоже будут обработаны анализатором. Т.к. мы ищем посты по точному соответствию тегу, то необходимо отключить анализ для поля tags.
Создадим индекс blog2 с анализатором и маппингом, в котором отключен анализ поля tags:

curl -XPOST "$ES_URL/blog2" -d'
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "filter": {
        "ru_stop": {
          "type": "stop",
          "stopwords": "_russian_"
        },
        "ru_stemmer": {
          "type": "stemmer",
          "language": "russian"
        }
      },
      "analyzer": {
        "default": {
          "char_filter": [
            "html_strip"
          ],
          "tokenizer": "standard",
          "filter": [
            "lowercase",
            "ru_stop",
            "ru_stemmer"
          ]
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "post": {
      "properties": {
        "content": {
          "type": "string"
        },
        "published_at": {
          "type": "date"
        },
        "tags": {
          "type": "string",
          "index": "not_analyzed"
        },
        "title": {
          "type": "string"
        }
      }
    }
  }
}'

Добавим те же 3 поста в этот индекс (blog2). Я опущу этот процесс, т.к. он аналогичен добавлению документов в индекс blog.

Полнотекстовый поиск с поддержкой выражений

Познакомимся с еще одним типом запросов:

# найдем документы, в которых встречается слово 'истории'
# query -> simple_query_string -> query содержит поисковый запрос
# поле title имеет приоритет 3
# поле tags имеет приоритет 2
# поле content имеет приоритет 1
# приоритет используется при ранжировании результатов
curl -XPOST "$ES_URL/blog2/post/_search?pretty" -d'
{
  "query": {
    "simple_query_string": {
      "query": "истории",
      "fields": [
        "title^3",
        "tags^2",
        "content"
      ]
    }
  }
}'

Т.к. мы используем анализатор с русским стеммингом, то этот запрос вернет все документы, хотя в них встречается только слово 'история'.
Запрос может содержать специальные символы, например:

""fried eggs" +(eggplant | potato) -frittata"

Синтаксис запроса:

+ signifies AND operation
| signifies OR operation
- negates a single token
" wraps a number of tokens to signify a phrase for searching
* at the end of a term signifies a prefix query
( and ) signify precedence
~N after a word signifies edit distance (fuzziness)
~N after a phrase signifies slop amount

# найдем документы без слова 'щенки'
curl -XPOST "$ES_URL/blog2/post/_search?pretty" -d'
{
  "query": {
    "simple_query_string": {
      "query": "-щенки",
      "fields": [
        "title^3",
        "tags^2",
        "content"
      ]
    }
  }
}'

# получим 2 поста про котиков

Ссылки

• Elasctic.co
• Reference
• Guide
• Глоссарий
• Установка
• Манипуляции с документами
• Операции с индексами
• Список запросов

PS

Если интересны подобные статьи-уроки, есть идеи новых статей или есть предложения о сотрудничестве, то буду рад сообщению в личку или на почту m.kuzmin+habr@darkleaf.ru.

Автор: mkuzmin

Источник