# 实用篇day07-分布式搜索引擎03

### 1. 数据聚合

[聚合](https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/search-aggregations.html)可以让我们极其方便的实现对数据的统计、分析、运算。例如：

* 什么品牌的手机最受欢迎？
* 这些手机的平均价格、最高价格、最低价格？
* 这些手机每月的销售情况如何？

实现这些统计功能的比数据库的sql要方便的多，而且查询速度非常快，可以实现近实时搜索效果。

#### 1.1 聚合的种类

聚合常见的有三类：

* **桶（Bucket）** 聚合：用来对文档做分组
  * TermAggregation：按照文档字段值分组，例如按照品牌值分组、按照国家分组
  * Date Histogram：按照日期阶梯分组，例如一周为一组，或者一月为一组
* **度量（Metric）** 聚合：用以计算一些值，比如：最大值、最小值、平均值等
  * Avg：求平均值
  * Max：求最大值
  * Min：求最小值
  * Stats：同时求max、min、avg、sum等
* **管道（pipeline）** 聚合：其它聚合的结果为基础做聚合

> **注意：** 参加聚合的字段必须是keyword、日期、数值、布尔类型

#### 1.2 DSL实现聚合

现在，我们要统计所有数据中的酒店品牌有几种，其实就是按照品牌对数据分组。此时可以根据酒店品牌的名称做聚合，也就是Bucket聚合。

**1.2.1 Bucket聚合语法**

语法如下：

```json
GET /hotel/_search
{
  "size": 0,  // 设置size为0，结果中不包含文档，只包含聚合结果
  "aggs": { // 定义聚合
    "brandAgg": { //给聚合起个名字
      "terms": { // 聚合的类型，按照品牌值聚合，所以选择term
        "field": "brand", // 参与聚合的字段
        "size": 20 // 希望获取的聚合结果数量
      }
    }
  }
}
```

结果如图：

![image-20210723171948228](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723171948228.png)

**1.2.2 聚合结果排序**

默认情况下，Bucket聚合会统计Bucket内的文档数量，记为\_count，并且按照\_count降序排序。

我们可以指定order属性，自定义聚合的排序方式：

```json
GET /hotel/_search
{
  "size": 0, 
  "aggs": {
    "brandAgg": {
      "terms": {
        "field": "brand",
        "order": {
          "_count": "asc" // 按照_count升序排列
        },
        "size": 20
      }
    }
  }
}
```

**1.2.3 限定聚合范围**

默认情况下，Bucket聚合是对索引库的所有文档做聚合，但真实场景下，用户会输入搜索条件，因此聚合必须是对搜索结果聚合。那么聚合必须添加限定条件。

我们可以限定要聚合的文档范围，只要添加query条件即可：

```json
GET /hotel/_search
{
  "query": {
    "range": {
      "price": {
        "lte": 200 // 只对200元以下的文档聚合
      }
    }
  }, 
  "size": 0, 
  "aggs": {
    "brandAgg": {
      "terms": {
        "field": "brand",
        "size": 20
      }
    }
  }
}
```

这次，聚合得到的品牌明显变少了：

![image-20210723172404836](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723172404836.png)

**1.2.4 Metric聚合语法**

上节课，我们对酒店按照品牌分组，形成了一个个桶。现在我们需要对桶内的酒店做运算，获取每个品牌的用户评分的min、max、avg等值。

这就要用到Metric聚合了，例如stat聚合：就可以获取min、max、avg等结果。

语法如下：

```json
GET /hotel/_search
{
  "size": 0, 
  "aggs": {
    "brandAgg": { 
      "terms": { 
        "field": "brand", 
        "size": 20
      },
      "aggs": { // 是brands聚合的子聚合，也就是分组后对每组分别计算
        "score_stats": { // 聚合名称
          "stats": { // 聚合类型，这里stats可以计算min、max、avg等
            "field": "score" // 聚合字段，这里是score
          }
        }
      }
    }
  }
}
```

这次的score\_stats聚合是在brandAgg的聚合内部嵌套的子聚合。因为我们需要在每个桶分别计算。

另外，我们还可以给聚合结果做个排序，例如按照每个桶的酒店平均分做排序：

![image-20210723172917636](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723172917636.png)

**1.2.5 小结**

aggs代表聚合，与query同级，此时query的作用是？

* 限定聚合的的文档范围

聚合必须的三要素：

* 聚合名称
* 聚合类型
* 聚合字段

聚合可配置属性有：

* size：指定聚合结果数量
* order：指定聚合结果排序方式
* field：指定聚合字段

#### 1.3 RestAPI实现聚合

**1.3.1 API语法**

聚合条件与query条件同级别，因此需要使用request.source()来指定聚合条件。

聚合条件的语法：

![image-20210723173057733](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723173057733.png)

聚合的结果也与查询结果不同，API也比较特殊。不过同样是JSON逐层解析：

![image-20210723173215728](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723173215728.png)

**1.3.2 业务需求**

需求：搜索页面的品牌、城市等信息不应该是在页面写死，而是通过聚合索引库中的酒店数据得来的：

![image-20210723192605566](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723192605566.png)

分析：

目前，页面的城市列表、星级列表、品牌列表都是写死的，并不会随着搜索结果的变化而变化。但是用户搜索条件改变时，搜索结果会跟着变化。

例如：用户搜索“东方明珠”，那搜索的酒店肯定是在上海东方明珠附近，因此，城市只能是上海，此时城市列表中就不应该显示北京、深圳、杭州这些信息了。

也就是说，搜索结果中包含哪些城市，页面就应该列出哪些城市；搜索结果中包含哪些品牌，页面就应该列出哪些品牌。

如何得知搜索结果中包含哪些品牌？如何得知搜索结果中包含哪些城市？

使用聚合功能，利用Bucket聚合，对搜索结果中的文档基于品牌分组、基于城市分组，就能得知包含哪些品牌、哪些城市了。

因为是对搜索结果聚合，因此聚合是**限定范围的聚合**，也就是说聚合的限定条件跟搜索文档的条件一致。

查看浏览器可以发现，前端其实已经发出了这样的一个请求：

![image-20210723193730799](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723193730799.png)

请求**参数与搜索文档的参数完全一致**。

返回值类型就是页面要展示的最终结果：

![image-20210723203915982](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723203915982.png)

结果是一个Map结构：

* key是字符串，城市、星级、品牌、价格
* value是集合，例如多个城市的名称

**1.3.3 业务实现**

在`cn.itcast.hotel.web`包的`HotelController`中添加一个方法，遵循下面的要求：

* 请求方式：`POST`
* 请求路径：`/hotel/filters`
* 请求参数：`RequestParams`，与搜索文档的参数一致
* 返回值类型：`Map<String, List<String>>`

代码：

```java
    @PostMapping("filters")
    public Map<String, List<String>> getFilters(@RequestBody RequestParams params){
        return hotelService.getFilters(params);
    }
```

这里调用了IHotelService中的getFilters方法，尚未实现。

在`cn.itcast.hotel.service.IHotelService`中定义新方法：

```java
Map<String, List<String>> filters(RequestParams params);
```

在`cn.itcast.hotel.service.impl.HotelService`中实现该方法：

```java
@Override
public Map<String, List<String>> filters(RequestParams params) {
    try {
        // 1.准备Request
        SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
        // 2.准备DSL
        // 2.1.query
        buildBasicQuery(params, request);
        // 2.2.设置size
        request.source().size(0);
        // 2.3.聚合
        buildAggregation(request);
        // 3.发出请求
        SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
        // 4.解析结果
        Map<String, List<String>> result = new HashMap<>();
        Aggregations aggregations = response.getAggregations();
        // 4.1.根据品牌名称，获取品牌结果
        List<String> brandList = getAggByName(aggregations, "brandAgg");
        result.put("品牌", brandList);
        // 4.2.根据品牌名称，获取品牌结果
        List<String> cityList = getAggByName(aggregations, "cityAgg");
        result.put("城市", cityList);
        // 4.3.根据品牌名称，获取品牌结果
        List<String> starList = getAggByName(aggregations, "starAgg");
        result.put("星级", starList);

        return result;
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

private void buildAggregation(SearchRequest request) {
    request.source().aggregation(AggregationBuilders
                                 .terms("brandAgg")
                                 .field("brand")
                                 .size(100)
                                );
    request.source().aggregation(AggregationBuilders
                                 .terms("cityAgg")
                                 .field("city")
                                 .size(100)
                                );
    request.source().aggregation(AggregationBuilders
                                 .terms("starAgg")
                                 .field("starName")
                                 .size(100)
                                );
}

private List<String> getAggByName(Aggregations aggregations, String aggName) {
    // 4.1.根据聚合名称获取聚合结果
    Terms brandTerms = aggregations.get(aggName);
    // 4.2.获取buckets
    List<? extends Terms.Bucket> buckets = brandTerms.getBuckets();
    // 4.3.遍历
    List<String> brandList = new ArrayList<>();
    for (Terms.Bucket bucket : buckets) {
        // 4.4.获取key
        String key = bucket.getKeyAsString();
        brandList.add(key);
    }
    return brandList;
}
```

### 2. 自动补全

当用户在搜索框输入字符时，我们应该提示出与该字符有关的搜索项，如图：

![image-20210723204936367](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723204936367.png)

这种根据用户输入的字母，提示完整词条的功能，就是自动补全了。

因为需要根据拼音字母来推断，因此要用到拼音分词功能。

#### 2.1 拼音分词器

要实现根据字母做补全，就必须对文档按照拼音分词。在GitHub上恰好有elasticsearch的拼音分词插件。地址：<https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-pinyin>

![image-20210723205932746](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723205932746.png)

课前资料中也提供了拼音分词器的安装包：

![image-20210723205722303](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723205722303.png)

安装方式与IK分词器一样，分三步：

​ ①解压

​ ②上传到虚拟机中，elasticsearch的plugin目录

​ ③重启elasticsearch

​ ④测试

详细安装步骤可以参考IK分词器的安装过程。

测试用法如下：

```json
POST /_analyze
{
  "text": "如家酒店还不错",
  "analyzer": "pinyin"
}
```

结果：

![image-20210723210126506](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723210126506.png)

#### 2.2 自定义分词器

默认的拼音分词器会将每个汉字单独分为拼音，而我们希望的是每个词条形成一组拼音，需要对拼音分词器做个性化定制，形成自定义分词器。

elasticsearch中分词器（analyzer）的组成包含三部分：

* character filters：在tokenizer之前对文本进行处理。例如删除字符、替换字符
* tokenizer：将文本按照一定的规则切割成词条（term）。例如keyword，就是不分词；还有ik\_smart
* tokenizer filter：将tokenizer输出的词条做进一步处理。例如大小写转换、同义词处理、拼音处理等

文档分词时会依次由这三部分来处理文档：

![image-20210723210427878](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723210427878.png)

声明自定义分词器的语法如下：

```json
PUT /test
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": { // 自定义分词器
        "my_analyzer": {  // 分词器名称
          "tokenizer": "ik_max_word",
          "filter": "py"
        }
      },
      "filter": { // 自定义tokenizer filter
        "py": { // 过滤器名称
          "type": "pinyin", // 过滤器类型，这里是pinyin
		  "keep_full_pinyin": false,
          "keep_joined_full_pinyin": true,
          "keep_original": true,
          "limit_first_letter_length": 16,
          "remove_duplicated_term": true,
          "none_chinese_pinyin_tokenize": false
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "name": {
        "type": "text",
        "analyzer": "my_analyzer",
        "search_analyzer": "ik_smart"
      }
    }
  }
}
```

测试：

![image-20210723211829150](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723211829150.png)

总结：

如何使用拼音分词器？

* ①下载pinyin分词器
* ②解压并放到elasticsearch的plugin目录
* ③重启即可

如何自定义分词器？

* ①创建索引库时，在settings中配置，可以包含三部分
* ②character filter
* ③tokenizer
* ④filter

拼音分词器注意事项？

* 为了避免搜索到同音字，搜索时不要使用拼音分词器

#### 2.3 自动补全查询

elasticsearch提供了[Completion Suggester](https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/7.6/search-suggesters.html)查询来实现自动补全功能。这个查询会匹配以用户输入内容开头的词条并返回。为了提高补全查询的效率，对于文档中字段的类型有一些约束：

* 参与补全查询的字段必须是completion类型。
* 字段的内容一般是用来补全的多个词条形成的数组。

比如，一个这样的索引库：

```json
// 创建索引库
PUT test
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "title":{
        "type": "completion"
      }
    }
  }
}
```

然后插入下面的数据：

```json
// 示例数据
POST test/_doc
{
  "title": ["Sony", "WH-1000XM3"]
}
POST test/_doc
{
  "title": ["SK-II", "PITERA"]
}
POST test/_doc
{
  "title": ["Nintendo", "switch"]
}
```

查询的DSL语句如下：

```json
// 自动补全查询
GET /test/_search
{
  "suggest": {
    "title_suggest": {
      "text": "s", // 关键字
      "completion": {
        "field": "title", // 补全查询的字段
        "skip_duplicates": true, // 跳过重复的
        "size": 10 // 获取前10条结果
      }
    }
  }
}
```

#### 2.4 实现酒店搜索框自动补全

现在，我们的hotel索引库还没有设置拼音分词器，需要修改索引库中的配置。但是我们知道索引库是无法修改的，只能删除然后重新创建。

另外，我们需要添加一个字段，用来做自动补全，将brand、suggestion、city等都放进去，作为自动补全的提示。

因此，总结一下，我们需要做的事情包括：

1. 修改hotel索引库结构，设置自定义拼音分词器
2. 修改索引库的name、all字段，使用自定义分词器
3. 索引库添加一个新字段suggestion，类型为completion类型，使用自定义的分词器
4. 给HotelDoc类添加suggestion字段，内容包含brand、business
5. 重新导入数据到hotel库

**2.4.1 修改酒店映射结构**

代码如下：

```json
// 酒店数据索引库
PUT /hotel
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": {
        "text_anlyzer": {
          "tokenizer": "ik_max_word",
          "filter": "py"
        },
        "completion_analyzer": {
          "tokenizer": "keyword",
          "filter": "py"
        }
      },
      "filter": {
        "py": {
          "type": "pinyin",
          "keep_full_pinyin": false,
          "keep_joined_full_pinyin": true,
          "keep_original": true,
          "limit_first_letter_length": 16,
          "remove_duplicated_term": true,
          "none_chinese_pinyin_tokenize": false
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "id":{
        "type": "keyword"
      },
      "name":{
        "type": "text",
        "analyzer": "text_anlyzer",
        "search_analyzer": "ik_smart",
        "copy_to": "all"
      },
      "address":{
        "type": "keyword",
        "index": false
      },
      "price":{
        "type": "integer"
      },
      "score":{
        "type": "integer"
      },
      "brand":{
        "type": "keyword",
        "copy_to": "all"
      },
      "city":{
        "type": "keyword"
      },
      "starName":{
        "type": "keyword"
      },
      "business":{
        "type": "keyword",
        "copy_to": "all"
      },
      "location":{
        "type": "geo_point"
      },
      "pic":{
        "type": "keyword",
        "index": false
      },
      "all":{
        "type": "text",
        "analyzer": "text_anlyzer",
        "search_analyzer": "ik_smart"
      },
      "suggestion":{
          "type": "completion",
          "analyzer": "completion_analyzer"
      }
    }
  }
}
```

**2.4.2 修改HotelDoc实体**

HotelDoc中要添加一个字段，用来做自动补全，内容可以是酒店品牌、城市、商圈等信息。按照自动补全字段的要求，最好是这些字段的数组。

因此我们在HotelDoc中添加一个suggestion字段，类型为`List<String>`，然后将brand、city、business等信息放到里面。

代码如下：

```java
package cn.itcast.hotel.pojo;

import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

@Data
@NoArgsConstructor
public class HotelDoc {
    private Long id;
    private String name;
    private String address;
    private Integer price;
    private Integer score;
    private String brand;
    private String city;
    private String starName;
    private String business;
    private String location;
    private String pic;
    private Object distance;
    private Boolean isAD;
    private List<String> suggestion;

    public HotelDoc(Hotel hotel) {
        this.id = hotel.getId();
        this.name = hotel.getName();
        this.address = hotel.getAddress();
        this.price = hotel.getPrice();
        this.score = hotel.getScore();
        this.brand = hotel.getBrand();
        this.city = hotel.getCity();
        this.starName = hotel.getStarName();
        this.business = hotel.getBusiness();
        this.location = hotel.getLatitude() + ", " + hotel.getLongitude();
        this.pic = hotel.getPic();
        // 组装suggestion
        if(this.business.contains("/")){
            // business有多个值，需要切割
            String[] arr = this.business.split("/");
            // 添加元素
            this.suggestion = new ArrayList<>();
            this.suggestion.add(this.brand);
            Collections.addAll(this.suggestion, arr);
        }else {
            this.suggestion = Arrays.asList(this.brand, this.business);
        }
    }
}
```

**2.4.3 重新导入**

重新执行之前编写的导入数据功能，可以看到新的酒店数据中包含了suggestion：

![image-20210723213546183](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723213546183.png)

**2.4.4 自动补全查询的JavaAPI**

之前我们学习了自动补全查询的DSL，而没有学习对应的JavaAPI，这里给出一个示例：

![image-20210723213759922](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723213759922.png)

而自动补全的结果也比较特殊，解析的代码如下：

![image-20210723213917524](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723213917524.png)

**2.4.5 实现搜索框自动补全**

查看前端页面，可以发现当我们在输入框键入时，前端会发起ajax请求：

![image-20210723214021062](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723214021062.png)

返回值是补全词条的集合，类型为`List<String>`

1）在`cn.itcast.hotel.web`包下的`HotelController`中添加新接口，接收新的请求：

```java
@GetMapping("suggestion")
public List<String> getSuggestions(@RequestParam("key") String prefix) {
    return hotelService.getSuggestions(prefix);
}
```

2）在`cn.itcast.hotel.service`包下的`IhotelService`中添加方法：

```java
List<String> getSuggestions(String prefix);
```

3）在`cn.itcast.hotel.service.impl.HotelService`中实现该方法：

```java
@Override
public List<String> getSuggestions(String prefix) {
    try {
        // 1.准备Request
        SearchRequest request = new SearchRequest("hotel");
        // 2.准备DSL
        request.source().suggest(new SuggestBuilder().addSuggestion(
            "suggestions",
            SuggestBuilders.completionSuggestion("suggestion")
            .prefix(prefix)
            .skipDuplicates(true)
            .size(10)
        ));
        // 3.发起请求
        SearchResponse response = client.search(request, RequestOptions.DEFAULT);
        // 4.解析结果
        Suggest suggest = response.getSuggest();
        // 4.1.根据补全查询名称，获取补全结果
        CompletionSuggestion suggestions = suggest.getSuggestion("suggestions");
        // 4.2.获取options
        List<CompletionSuggestion.Entry.Option> options = suggestions.getOptions();
        // 4.3.遍历
        List<String> list = new ArrayList<>(options.size());
        for (CompletionSuggestion.Entry.Option option : options) {
            String text = option.getText().toString();
            list.add(text);
        }
        return list;
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}
```

### 3. 数据同步

elasticsearch中的酒店数据来自于mysql数据库，因此mysql数据发生改变时，elasticsearch也必须跟着改变，这个就是elasticsearch与mysql之间的**数据同步**。

![image-20210723214758392](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723214758392.png)

#### 3.1 思路分析

常见的数据同步方案有三种：

* 同步调用
* 异步通知
* 监听binlog

**3.1.1 同步调用**

方案一：同步调用

![image-20210723214931869](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723214931869.png)

基本步骤如下：

* hotel-demo对外提供接口，用来修改elasticsearch中的数据
* 酒店管理服务在完成数据库操作后，直接调用hotel-demo提供的接口，

**3.1.2 异步通知**

方案二：异步通知

![image-20210723215140735](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723215140735.png)

流程如下：

* hotel-admin对mysql数据库数据完成增、删、改后，发送MQ消息
* hotel-demo监听MQ，接收到消息后完成elasticsearch数据修改

**3.1.3 监听binlog**

方案三：监听binlog

![image-20210723215518541](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723215518541.png)

流程如下：

* 给mysql开启binlog功能
* mysql完成增、删、改操作都会记录在binlog中
* hotel-demo基于canal监听binlog变化，实时更新elasticsearch中的内容

**3.1.4 选择**

方式一：同步调用

* 优点：实现简单，粗暴
* 缺点：业务耦合度高

方式二：异步通知

* 优点：低耦合，实现难度一般
* 缺点：依赖mq的可靠性

方式三：监听binlog

* 优点：完全解除服务间耦合
* 缺点：开启binlog增加数据库负担、实现复杂度高

#### 3.2 实现数据同步

**3.2.1 思路**

利用课前资料提供的hotel-admin项目作为酒店管理的微服务。当酒店数据发生增、删、改时，要求对elasticsearch中数据也要完成相同操作。

步骤：

* 导入课前资料提供的hotel-admin项目，启动并测试酒店数据的CRUD
* 声明exchange、queue、RoutingKey
* 在hotel-admin中的增、删、改业务中完成消息发送
* 在hotel-demo中完成消息监听，并更新elasticsearch中数据
* 启动并测试数据同步功能

**3.2.2 导入demo**

导入课前资料提供的hotel-admin项目：

![image-20210723220237930](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723220237930.png)

运行后，访问 <http://localhost:8099>

![image-20210723220354464](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723220354464.png)

其中包含了酒店的CRUD功能：

![image-20210723220511090](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723220511090.png)

**3.2.3 声明交换机、队列**

MQ结构如图：

![image-20210723215850307](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723215850307.png)

**1）引入依赖**

在hotel-admin、hotel-demo中引入rabbitmq的依赖：

```xml
<!--amqp-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>
```

**2）声明队列交换机名称**

在hotel-admin和hotel-demo中的`cn.itcast.hotel.constatnts`包下新建一个类`MqConstants`：

```java
package cn.itcast.hotel.constatnts;

    public class MqConstants {
    /**
     * 交换机
     */
    public final static String HOTEL_EXCHANGE = "hotel.topic";
    /**
     * 监听新增和修改的队列
     */
    public final static String HOTEL_INSERT_QUEUE = "hotel.insert.queue";
    /**
     * 监听删除的队列
     */
    public final static String HOTEL_DELETE_QUEUE = "hotel.delete.queue";
    /**
     * 新增或修改的RoutingKey
     */
    public final static String HOTEL_INSERT_KEY = "hotel.insert";
    /**
     * 删除的RoutingKey
     */
    public final static String HOTEL_DELETE_KEY = "hotel.delete";
}
```

**3）声明队列交换机**

在hotel-demo中，定义配置类，声明队列、交换机：

```java
package cn.itcast.hotel.config;

import cn.itcast.hotel.constants.MqConstants;
import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.amqp.core.TopicExchange;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class MqConfig {
    @Bean
    public TopicExchange topicExchange(){
        return new TopicExchange(MqConstants.HOTEL_EXCHANGE, true, false);
    }

    @Bean
    public Queue insertQueue(){
        return new Queue(MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE, true);
    }

    @Bean
    public Queue deleteQueue(){
        return new Queue(MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE, true);
    }

    @Bean
    public Binding insertQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(insertQueue()).to(topicExchange()).with(MqConstants.HOTEL_INSERT_KEY);
    }

    @Bean
    public Binding deleteQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(deleteQueue()).to(topicExchange()).with(MqConstants.HOTEL_DELETE_KEY);
    }
}
```

**3.2.4 发送MQ消息**

在hotel-admin中的增、删、改业务中分别发送MQ消息：

![image-20210723221843816](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723221843816.png)

**3.2.5 接收MQ消息**

hotel-demo接收到MQ消息要做的事情包括：

* 新增消息：根据传递的hotel的id查询hotel信息，然后新增一条数据到索引库
* 删除消息：根据传递的hotel的id删除索引库中的一条数据

1）首先在hotel-demo的`cn.itcast.hotel.service`包下的`IHotelService`中新增新增、删除业务

```java
void deleteById(Long id);

void insertById(Long id);
```

2）给hotel-demo中的`cn.itcast.hotel.service.impl`包下的HotelService中实现业务：

```java
@Override
public void deleteById(Long id) {
    try {
        // 1.准备Request
        DeleteRequest request = new DeleteRequest("hotel", id.toString());
        // 2.发送请求
        client.delete(request, RequestOptions.DEFAULT);
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

@Override
public void insertById(Long id) {
    try {
        // 0.根据id查询酒店数据
        Hotel hotel = getById(id);
        // 转换为文档类型
        HotelDoc hotelDoc = new HotelDoc(hotel);

        // 1.准备Request对象
        IndexRequest request = new IndexRequest("hotel").id(hotel.getId().toString());
        // 2.准备Json文档
        request.source(JSON.toJSONString(hotelDoc), XContentType.JSON);
        // 3.发送请求
        client.index(request, RequestOptions.DEFAULT);
    } catch (IOException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}
```

3）编写监听器

在hotel-demo中的`cn.itcast.hotel.mq`包新增一个类：

```java
package cn.itcast.hotel.mq;

import cn.itcast.hotel.constants.MqConstants;
import cn.itcast.hotel.service.IHotelService;
import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class HotelListener {

    @Autowired
    private IHotelService hotelService;

    /**
     * 监听酒店新增或修改的业务
     * @param id 酒店id
     */
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_INSERT_QUEUE)
    public void listenHotelInsertOrUpdate(Long id){
        hotelService.insertById(id);
    }

    /**
     * 监听酒店删除的业务
     * @param id 酒店id
     */
    @RabbitListener(queues = MqConstants.HOTEL_DELETE_QUEUE)
    public void listenHotelDelete(Long id){
        hotelService.deleteById(id);
    }
}
```

### 4. 集群

单机的elasticsearch做数据存储，必然面临两个问题：海量数据存储问题、单点故障问题。

* 海量数据存储问题：将索引库从逻辑上拆分为N个分片（shard），存储到多个节点
* 单点故障问题：将分片数据在不同节点备份（replica ）

**ES集群相关概念**:

* 集群（cluster）：一组拥有共同的 cluster name 的 节点。
* 节点（node) ：集群中的一个 Elasticearch 实例
* 分片（shard）：索引可以被拆分为不同的部分进行存储，称为分片。在集群环境下，一个索引的不同分片可以拆分到不同的节点中

  解决问题：数据量太大，单点存储量有限的问题。

  ![image-20200104124440086](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20200104124440086-5602723.png)

  > 此处，我们把数据分成3片：shard0、shard1、shard2
* 主分片（Primary shard）：相对于副本分片的定义。
* 副本分片（Replica shard）每个主分片可以有一个或者多个副本，数据和主分片一样。

数据备份可以保证高可用，但是每个分片备份一份，所需要的节点数量就会翻一倍，成本实在是太高了！

为了在高可用和成本间寻求平衡，我们可以这样做：

* 首先对数据分片，存储到不同节点
* 然后对每个分片进行备份，放到对方节点，完成互相备份

这样可以大大减少所需要的服务节点数量，如图，我们以3分片，每个分片备份一份为例：

![image-20200104124551912](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20200104124551912.png)

现在，每个分片都有1个备份，存储在3个节点：

* node0：保存了分片0和1
* node1：保存了分片0和2
* node2：保存了分片1和2

#### 4.1 搭建ES集群

参考课前资料的文档：

![image-20210723222732427](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723222732427.png)

其中的第四章节：

![image-20210723222812619](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723222812619.png)

#### 4.2 集群脑裂问题

**4.2.1 集群职责划分**

elasticsearch中集群节点有不同的职责划分：

![image-20210723223008967](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723223008967.png)

默认情况下，集群中的任何一个节点都同时具备上述四种角色。

但是真实的集群一定要将集群职责分离：

* master节点：对CPU要求高，但是内存要求第
* data节点：对CPU和内存要求都高
* coordinating节点：对网络带宽、CPU要求高

职责分离可以让我们根据不同节点的需求分配不同的硬件去部署。而且避免业务之间的互相干扰。

一个典型的es集群职责划分如图：

![image-20210723223629142](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723223629142.png)

**4.2.2 脑裂问题**

脑裂是因为集群中的节点失联导致的。

例如一个集群中，主节点与其它节点失联：

![image-20210723223804995](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723223804995.png)

此时，node2和node3认为node1宕机，就会重新选主：

![image-20210723223845754](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723223845754.png)

当node3当选后，集群继续对外提供服务，node2和node3自成集群，node1自成集群，两个集群数据不同步，出现数据差异。

当网络恢复后，因为集群中有两个master节点，集群状态的不一致，出现脑裂的情况：

![image-20210723224000555](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723224000555.png)

解决脑裂的方案是，要求选票超过 ( eligible节点数量 + 1 ）/ 2 才能当选为主，因此eligible节点数量最好是奇数。对应配置项是discovery.zen.minimum\_master\_nodes，在es7.0以后，已经成为默认配置，因此一般不会发生脑裂问题

例如：3个节点形成的集群，选票必须超过 （3 + 1） / 2 ，也就是2票。node3得到node2和node3的选票，当选为主。node1只有自己1票，没有当选。集群中依然只有1个主节点，没有出现脑裂。

**4.2.3 小结**

master eligible节点的作用是什么？

* 参与集群选主
* 主节点可以管理集群状态、管理分片信息、处理创建和删除索引库的请求

data节点的作用是什么？

* 数据的CRUD

coordinator节点的作用是什么？

* 路由请求到其它节点
* 合并查询到的结果，返回给用户

#### 4.3 集群分布式存储

当新增文档时，应该保存到不同分片，保证数据均衡，那么coordinating node如何确定数据该存储到哪个分片呢？

**4.3.1 分片存储测试**

插入三条数据：

![image-20210723225006058](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225006058.png)

![image-20210723225034637](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225034637.png)

![image-20210723225112029](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225112029.png)

测试可以看到，三条数据分别在不同分片：

![image-20210723225227928](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225227928.png)

结果：

![image-20210723225342120](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225342120.png)

**4.3.2 分片存储原理**

elasticsearch会通过hash算法来计算文档应该存储到哪个分片：

![image-20210723224354904](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723224354904.png)

说明：

* \_routing默认是文档的id
* 算法与分片数量有关，因此索引库一旦创建，分片数量不能修改！

新增文档的流程如下：

![image-20210723225436084](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225436084.png)

解读：

* 1）新增一个id=1的文档
* 2）对id做hash运算，假如得到的是2，则应该存储到shard-2
* 3）shard-2的主分片在node3节点，将数据路由到node3
* 4）保存文档
* 5）同步给shard-2的副本replica-2，在node2节点
* 6）返回结果给coordinating-node节点

#### 4.4 集群分布式查询

elasticsearch的查询分成两个阶段：

* scatter phase：分散阶段，coordinating node会把请求分发到每一个分片
* gather phase：聚集阶段，coordinating node汇总data node的搜索结果，并处理为最终结果集返回给用户

![image-20210723225809848](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225809848.png)

#### 4.5 集群故障转移

集群的master节点会监控集群中的节点状态，如果发现有节点宕机，会立即将宕机节点的分片数据迁移到其它节点，确保数据安全，这个叫做故障转移。

1）例如一个集群结构如图：

![image-20210723225945963](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723225945963.png)

现在，node1是主节点，其它两个节点是从节点。

2）突然，node1发生了故障：

![image-20210723230020574](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723230020574.png)

宕机后的第一件事，需要重新选主，例如选中了node2：

![image-20210723230055974](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723230055974.png)

node2成为主节点后，会检测集群监控状态，发现：shard-1、shard-0没有副本节点。因此需要将node1上的数据迁移到node2、node3：

![image-20210723230216642](https://cdn.jsdelivr.net/npm/microservice-springcloud-rabbitmq-docker-redis-es/image-20210723230216642.png)
