ES大数据量下的查询优化

在数据规模很大（比如万恶的trace日志）的时候我们有时候会发现第一次访问查询特别慢，可能有几秒钟的样子，然后后面的访问就很快了，这是为啥？

filesystem cache对es性能的影响.png

一 .filesystem的影响

filesystem类似于我们在mysql上建立一层redis缓存；

es的搜索引擎严重依赖于底层的filesystem cache，如果给filesystem cache更多的内存，尽量让内存可以容纳所有的indx segment file索引数据文件，那么你搜索的时候就基本都是走内存的，性能会非常高。

两者差距非常大，走磁盘和走systenfile cache的读取的性能差距可以说是秒级和毫秒级的差距了；

举个反例：
有个同学es节点有3台机器，每台机器，看起来内存很多，64G，总内存，64 * 3 = 192g
但是每台机器给es jvm heap是32G，那么剩下来留给filesystem cache的就是每台机器才32g，总共集群里给filesystem cache的就是32 * 3 = 96g内存；
结果es里写了1t的数据，那么一个结点就是333G数据，只有十分之一的数据可以进走内存就返回，剩下的全都走磁盘，这样就导致我们数据可能十秒钟才写到cache再回去；

要让es性能要好，最佳的情况下，就是我们的机器的内存，至少可以容纳你的数据量的一半

二生产es的建议

1.尽量少存数据（存储搜索条件即可），让内存可以存储更多值

最佳的情况下，是仅仅在es中就存少量的数据，存储要用来搜索的那些索引，内存留给filesystem cache的，如果就100G，那么你就控制数据量在100gb以内，相当于是，你的数据几乎全部走内存来搜索，性能非常之高，一般可以在1秒以内

比如说现在有一行数据
id name age ....30个字段
但是你现在搜索，只需要根据id name age三个字段来搜索
如果你傻乎乎的往es里写入一行数据所有的字段，就会导致说70%的数据是不用来搜索的，结果硬是占据了es机器上的filesystem cache的空间，单挑数据的数据量越大，就会导致filesystem cahce能缓存的数据就越少
仅仅只是写入es中要用来检索

的少数几个字段就可以了，比如说，就写入es id name age三个字段就可以了，然后你可以把其他的字段数据存在mysql里面，我们一般是建议用es + hbase的一个架构。
hbase的特点是适用于海量数据的在线存储，就是对hbase可以写入海量数据，不要做复杂的搜索，就是做很简单的一些根据id或者范围进行查询的这么一个操作就可以了

2.数据预热

如果确实内存不足，但是我们又存储了比较多的数据，比如只有30g给systemfile cache，但是存储了60g数据情况，这种情况可以做数据预热；

我们可以将一些高频访问的热点数据（比如微博知乎的热榜榜单数据，电商的热门商品（旗舰版手机，榜单商品信息）等等）提前预热，定期访问刷到我们es里；（比如定期访问一下当季苹果旗舰手机关键词，比如现在的iphone12）

对于那些你觉得比较热的，经常会有人访问的数据，最好做一个专门的缓存预热子系统，就是对热数据，每隔一段时间，提前访问一下，让数据进入filesystem cache里面去。这样下次别人访问的时候，一定性能会好一些。

3.冷热分离

我们可以将冷数据写入一个索引中，然后热数据写入另外一个索引中，这样可以确保热数据在被预热之后，尽量都让他们留在filesystem os cache里，别让冷数据给冲刷掉。

假设我们有6台机器，2个索引，一个放冷数据，一个放热数据，每个索引3个shard
3台机器放热数据index；另外3台机器放冷数据index
然后这样的话，我们大量的时候是在访问热数据index，热数据可能就占总数据量的10%，此时数据量很少，几乎全都保留在filesystem cache里面了，就可以确保热数据的访问性能是很高的。
但是对于冷数据而言，是在别的index里的，跟热数据index都不再相同的机器上，大家互相之间都没什么联系了。如果有人访问冷数据，可能大量数据是在磁盘上的，此时性能差点就差点吧，就10%的人去访问冷数据；90%的人在访问热数据。

4.尽量不走多索引的关联查询

尽量做到设计document的时候就把需要数据结构都做好，这样搜索的数据写入的时候就完成。对于一些太复杂的操作，比如join，nested，parent-child搜索都要尽量避免，性能都很差的。

5.分页性能优化

es的分页是较坑的，为啥呢？举个例子吧，假如你每页是10条数据，你现在要查询第100页，实际上是会把每个shard上存储的前1000条数据都查到一个协调节点上，如果你有个5个shard，那么就有5000条数据，接着协调节点对这5000条数据进行一些合并、处理，再获取到最终第100页的10条数据。

因为他是分布式的，你要查第100页的10条数据，你是不可能说从5个shard，每个shard就查2条数据？最后到协调节点合并成10条数据？这样肯定不行，因为我们从单个结点上拿的数据几乎不可能正好是所需的数据。我们必须得从每个shard都查1000条数据过来，然后根据你的需求进行排序、筛选等等操作，最后再次分页，拿到里面第100页的数据。

你翻页的时候，翻的越深，每个shard返回的数据就越多，而且协调节点处理的时间越长。非常坑爹。所以用es做分页的时候，你会发现越翻到后面，就越是慢。

我们之前也是遇到过这个问题，用es作分页，前几页就几十毫秒，翻到10页之后，几十页的时候，基本上就要5~10秒才能查出来一页数据了

优化建议

• 1）不允许深度分页/默认深度分页性能很惨

你系统不允许他翻那么深的页，或者产品同意翻的越深，性能就越差

• 2）类似于app里的推荐商品不断下拉出来一页一页的

如果是类似于微博中，下拉刷微博，刷出来一页一页的，可以用scroll api
scroll api1 scroll api2
scroll会一次性给你生成所有数据的一个快照，然后每次翻页就是通过游标移动，获取下一页下一页这样子，性能会比上面说的那种分页性能也高很多很多

scroll的原理实际上是保留一个数据快照，然后在一定时间内，你如果不断的滑动往后翻页的时候，类似于你现在在浏览微博，不断往下刷新翻页。那么就用scroll不断通过游标获取下一页数据，这个性能是很高的，比es实际翻页要好的多的多。

缺点：

• 这个适合于那种类似微博下拉翻页的，不能随意跳到任何一页的场景。
  因为scroll api是只能一页一页往后翻的，是不能说，先进入第10页，然后去120页，回到58页，不能随意乱跳页。所以现在很多产品，都是不允许你随意翻页的，app，也有一些网站，做的就是你只能往下拉，一页一页的翻，无论翻多少页，性能基本上都是毫秒级的

• 同时这个scroll是要保留一段时间内的数据快照的，需要确保用户不会持续不断翻页翻几个小时。