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商品簡介
序
目次
商品簡介
本書介紹了Elasticsearch的系統原理，旨在幫助讀者瞭解其內部原理、設計思想，以及在生產環境中如何正確地部署、優化系統。系統原理分兩方面介紹，一方面詳細介紹主要流程，例如啟動流程、選主流程、恢復流程；另一方面介紹各重要模塊的實現，以及模塊之間的關係，例如gateway模塊、allocation模塊等。本書的最後一部分介紹如何優化寫入速度、搜索速度等大家關心的實際問題，並提供了一些診斷問題的方法和工具供讀者參考。
序
前言
我們可以在不關心原理的情況下使用Elasticsearch（以下簡稱ES），但要想用好ES，就必須熟知其內部原理。
為什麼要閱讀代碼？在傳統軟件行業，技術文檔非常豐富。當開展一個項目時，從需求分析，到概要設計、詳細設計，每個步驟都有相應的文檔，從項目的整體架構、技術方案選型，到流程圖、類圖，細化到每個接口及參數。在這種情況下，想要搞清楚系統原理，並不需要閱讀代碼，文檔上什麼都有。但是互聯網產品迭代快，技術文檔不全，想要搞清楚原理，只能閱讀代碼，相當於從代碼中逆向理解設計思想。
通過分析源碼，我們可以有以下收穫：
理解設計思想 當我們面臨要解決的問題或實現的目標時，往往有多種方案可以選擇。無論表面上看起來多麼簡單的架構，其背後都經過了深思熟慮。思考一下為什麼使用現在的方案？有沒有更好的解決方案？
探究內部機制的原理 某個技術點是怎麼實現的？
搞明白執行流程 某個過程是什麼樣的，都做了什麼？有幾步？先做什麼，後做什麼？
熟悉代碼結構 如果需要進行二次開發，則給出代碼入口和調用關係，有時候找到某個邏輯的代碼實現要花很多時間。
學以致用 借鑒其設計理念，掌握其解決問題的方式和方法，將來面對類似的問題時可以參考。
本書結構
本書由四部分組成，第一部分為基礎知識和環境準備（第1～2章）；第二部分介紹ES的主要流程（第3～10章），包括集群啟動流程、節點啟動/關閉流程、選主流程、讀寫流程、搜索流程和索引恢復流程；第三部分主要介紹重要內部模塊（第11～17章），包括gateway模塊、allocation模塊、Snapshot模塊、Cluster模塊、Transport模塊和ThreadPool模塊等；第四部分介紹優化和診斷方法（第18～22章），包括寫入速度優化、搜索速度優化、磁盤使用量優化，以及在生產環境中的實際應用建議，第22章介紹常用的問題診斷方法，排查集群遇到的問題。
術語約定
ES中有一些特有的概念，這些概念對應的中文翻譯約定如下：
? 分片（shard）；
? 主分片（primary shard），簡稱P；
? 分片副本（特指數據的一個分片，無論主分片，還是副分片）；
? 副分片（replica shard），簡稱R；
? 分片分配（shard allocation）；
? 集群狀態（cluster state）；
? 分配決策（allocation decision）；
? 分配感知（allocation awareness）；
? 分配標識（allocation IDs）；
? 追蹤（tracking）；
? 事務日誌（translog）；
? 同步集合（in-sync set）。
行文約定
雖然本書是一本源碼分析類圖書，但原則上儘量少貼代碼，引用的代碼只是為了說明原理，因此所引用的代碼並不保證和源碼完全一致，對非核心邏輯有所刪減，同時在代碼塊中，函數參數可能被省略，省略的函數參數用“…”表示，如：
executeBulk(...);
在引用代碼中的某個方法時，使用#號分隔類名與方法名：
類名#方法名
一個索引由許多分片組成。我們用如下方式表示索引website的第0個分片：
website[0]
聯繫
讀者有任何意見和建議都可以聯繫作者，郵箱：elasticsearchbook@163.com。
本書配套網站：www.elasticsearchbook.cn。
致謝
感謝李欣傑和郭東東，他們帶我走進搜索領域；感謝韓洪偉，他讓我學到了很多搜索系統的知識。欣傑和老韓都是資深的搜索架構師，能夠和優秀的團隊共事是我的榮幸。感謝ES團隊的同事段軍義，我們互相學習，一起解決了很多麻煩的問題。感謝出版社的策劃編輯陳曉猛先生，他為本書的寫作提供了很多建設性意見，並且耐心地編校了本書，讓本書得以順利出版。
感謝我的妻子和三歲的女兒，我愛你們！
張超
我們可以在不關心原理的情況下使用Elasticsearch（以下簡稱ES），但要想用好ES，就必須熟知其內部原理。
為什麼要閱讀代碼？在傳統軟件行業，技術文檔非常豐富。當開展一個項目時，從需求分析，到概要設計、詳細設計，每個步驟都有相應的文檔，從項目的整體架構、技術方案選型，到流程圖、類圖，細化到每個接口及參數。在這種情況下，想要搞清楚系統原理，並不需要閱讀代碼，文檔上什麼都有。但是互聯網產品迭代快，技術文檔不全，想要搞清楚原理，只能閱讀代碼，相當於從代碼中逆向理解設計思想。
通過分析源碼，我們可以有以下收穫：
理解設計思想 當我們面臨要解決的問題或實現的目標時，往往有多種方案可以選擇。無論表面上看起來多麼簡單的架構，其背後都經過了深思熟慮。思考一下為什麼使用現在的方案？有沒有更好的解決方案？
探究內部機制的原理 某個技術點是怎麼實現的？
搞明白執行流程 某個過程是什麼樣的，都做了什麼？有幾步？先做什麼，後做什麼？
熟悉代碼結構 如果需要進行二次開發，則給出代碼入口和調用關係，有時候找到某個邏輯的代碼實現要花很多時間。
學以致用 借鑒其設計理念，掌握其解決問題的方式和方法，將來面對類似的問題時可以參考。
本書結構
本書由四部分組成，第一部分為基礎知識和環境準備（第1～2章）；第二部分介紹ES的主要流程（第3～10章），包括集群啟動流程、節點啟動/關閉流程、選主流程、讀寫流程、搜索流程和索引恢復流程；第三部分主要介紹重要內部模塊（第11～17章），包括gateway模塊、allocation模塊、Snapshot模塊、Cluster模塊、Transport模塊和ThreadPool模塊等；第四部分介紹優化和診斷方法（第18～22章），包括寫入速度優化、搜索速度優化、磁盤使用量優化，以及在生產環境中的實際應用建議，第22章介紹常用的問題診斷方法，排查集群遇到的問題。
術語約定
ES中有一些特有的概念，這些概念對應的中文翻譯約定如下：
? 分片（shard）；
? 主分片（primary shard），簡稱P；
? 分片副本（特指數據的一個分片，無論主分片，還是副分片）；
? 副分片（replica shard），簡稱R；
? 分片分配（shard allocation）；
? 集群狀態（cluster state）；
? 分配決策（allocation decision）；
? 分配感知（allocation awareness）；
? 分配標識（allocation IDs）；
? 追蹤（tracking）；
? 事務日誌（translog）；
? 同步集合（in-sync set）。
行文約定
雖然本書是一本源碼分析類圖書，但原則上儘量少貼代碼，引用的代碼只是為了說明原理，因此所引用的代碼並不保證和源碼完全一致，對非核心邏輯有所刪減，同時在代碼塊中，函數參數可能被省略，省略的函數參數用“…”表示，如：
executeBulk(...);
在引用代碼中的某個方法時，使用#號分隔類名與方法名：
類名#方法名
一個索引由許多分片組成。我們用如下方式表示索引website的第0個分片：
website[0]
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讀者有任何意見和建議都可以聯繫作者，郵箱：elasticsearchbook@163.com。
本書配套網站：www.elasticsearchbook.cn。
致謝
感謝李欣傑和郭東東，他們帶我走進搜索領域；感謝韓洪偉，他讓我學到了很多搜索系統的知識。欣傑和老韓都是資深的搜索架構師，能夠和優秀的團隊共事是我的榮幸。感謝ES團隊的同事段軍義，我們互相學習，一起解決了很多麻煩的問題。感謝出版社的策劃編輯陳曉猛先生，他為本書的寫作提供了很多建設性意見，並且耐心地編校了本書，讓本書得以順利出版。
感謝我的妻子和三歲的女兒，我愛你們！
張超
目次
第1章 走進Elasticsearch
1.1 基本概念和原理
1.1.1 索引結構
1.1.2 分片（shard）
1.1.3 動態更新索引
1.1.4 近實時搜索
1.1.5 段合併
1.2 集群內部原理
1.2.1 集群節點角色
1.2.2 集群健康狀態
1.2.3 集群狀態
1.2.4 集群擴容
1.3 客戶端API
1.4 主要內部模塊簡介
1.4.1 模塊結構
1.4.2 模塊管理
第2章 準備編譯和調試環境
2.1 編譯源碼
2.1.1 準備JDK和Gradle
2.1.2 下載源代碼
2.1.3 編譯項目，打包
2.1.4 將工程導入IntelliJ IDEA
2.2 調試Elasticsearch
2.2.1 本地運行、調試項目
2.2.2 遠程調試
2.3 代碼書簽和斷點組
第3章 集群啟動流程
3.1 選舉主節點
3.2 選舉集群元信息
3.3 allocation過程
3.4 index recovery
3.5 集群啟動日志
3.6 小結
第4章 節點的啟動和關閉
4.1 啟動流程做了什麼
4.2 啟動流程分析
4.2.1 啟動腳本
4.2.2 解析命令行參數和配置文件
4.2.3 加載安全配置
4.2.4 檢查內部環境
4.2.5 檢測外部環境
4.2.6 啟動內部模塊
4.2.7 啟動keepalive線程
4.3 節點關閉流程
4.4 關閉流程分析
4.5 分片讀寫過程中執行關閉
4.6 主節點被關閉
4.7 小結
第5章 選主流程
5.1 設計思想
5.2 為什麼使用主從模式
5.3 選舉算法
5.4 相關配置
5.5 流程概述
5.6 流程分析
5.6.1 選舉臨時Master
5.6.2 投票與得票的實現
5.6.3 確立Master或加入集群
5.7 節點失效檢測
5.7.1 NodesFaultDetection事件處理
5.7.2 MasterFaultDetection事件處理
5.8 小結
第6章 數據模型
6.1 PacificA算法
6.1.1 數據副本策略
6.1.2 配置管理
6.1.3 錯誤檢測
6.2 ES的數據副本模型
6.2.1 基本寫入模型
6.2.2 寫故障處理
6.2.3 基本讀取模型
6.2.4 讀故障處理
6.2.5 引申的含義
6.2.6 系統異常
6.3 Allocation IDs
6.3.1 安全地分配主分片
6.3.2 將分配標記為陳舊
6.2.3 一個例子
6.3.4 不會丟失全部
6.4 Sequence IDs
6.4.1 Primary Terms和Sequence Numbers
6.4.2 本地及全域檢查點
6.4.3 用於快速恢復（Recovery）
6.5 _version
第7章 寫流程
7.1 文檔操作的定義
7.2 可選參數
7.3 Index/Bulk基本流程
7.4 Index/Bulk詳細流程
7.4.1 協調節點流程
7.4.2 主分片節點流程
7.4.3 副分片節點流程
7.5 I/O異常處理
7.5.1 Engine關閉過程
7.5.2 Master的對應處理
7.5.3 異常流程總結
7.6 系統特性
7.7 思考
第8章 GET流程
8.1 可選參數
8.2 GET基本流程
8.3 GET詳細分析
8.3.1 協調節點
8.3.2 數據節點
8.4 MGET流程分析
8.5 思考
第9章 Search流程
9.1 索引和搜索
9.1.1 建立索引
9.1.2 執行搜索
9.2 search type
9.3 分布式搜索過程
9.3.1 協調節點流程
9.3.2 執行搜索的數據節點流程
9.4 小結
第10章 索引恢復流程分析
10.1 相關配置
10.2 流程概述
10.3 主分片恢復流程
10.4 副分片恢復流程
10.4.1 流程概述
10.4.2 synced flush機制
10.4.3 副分片節點處理過程
10.4.4 主分片節點處理過程
10.5 recovery速度優化
10.6 如何保證副分片和主分片一致
10.7 recovery相關監控命令
10.8 小結
第11章 gateway模塊分析
11.1 元數據
11.2 元數據的持久化
11.3 元數據的恢復
11.4 元數據恢復流程分析
11.4.1 選舉集群級和索引級別的元數據
11.4.2 觸發allocation
11.5 思考
第12章 allocation模塊分析
12.1 什麼是allocation
12.2 觸發時機
12.3 allocation模塊結構概述
12.4 allocators
12.5 deciders
12.5.1 負載均衡類
12.5.2 併發控制類
12.5.3 條件限制類
12.6 核心reroute實現
12.6.1 集群啟動時reroute的觸發時機
12.6.2 流程分析
12.6.3 gatewayAllocator
12.6.4 shardsAllocator
12.7 從gateway到allocation流程的轉換
12.8 從allocation流程到recovery流程的轉換
12.9 思考
第13章 Snapshot模塊分析
13.1 倉庫
13.2 快照
13.2.1 創建快照
13.2.2 獲取快照信息
13.2.3 快照status
13.2.4 取消、刪除快照和恢復操作
13.3 從快照恢復
13.3.1 部分恢復
13.3.2 恢復過程中更改索引設置
13.3.3 監控恢復進度
13.4 創建快照的實現原理
13.4.1 Lucene文件格式簡介
13.4.2 協調節點流程
13.4.3 主節點流程
13.4.4 數據節點流程
13.5 刪除快照實現原理
13.5.1 協調節點流程
13.5.2 主節點流程
13.6 思考與總結
第14章 Cluster模塊分析
14.1 集群狀態
14.2 內部封裝和實現
14.2.1 MasterService
14.2.2 ClusterApplierService
14.2.3 線程池
14.3 提交集群任務
14.3.1 內部模塊如何提交任務
14.3.2 任務提交過程實現
14.4 集群任務的執行過程
14.5 集群狀態的發佈過程
14.5.1 增量發佈的實現原理
14.5.2 二段提交總流程
14.5.3 發佈過程
14.5.4 提交過程
14.5.5 異常處理
14.6 應用集群狀態
14.7 查看等待執行的集群任務
14.8 任務管理API
14.8.1 列出運行中的任務
14.8.2 取消任務
14.9 思考與總結
第15章 Transport模塊分析
15.1 配置信息
15.1.1 傳輸模塊配置
15.1.2 通用網絡配置
15.2 Transport總體架構
15.2.1 網絡層
15.2.2 服務層
15.3 REST解析和處理
15.4 RPC實現
15.4.1 RPC的註冊和映射
15.4.2 根據Action獲取處理類
15.5 思考與總結
第16章 ThreadPool模塊分析
16.1 線程池類型
16.1.1 fixed
16.1.2 scaling
16.1.3 direct
16.1.4 fixed_auto_queue_size
16.2 處理器設置
16.3 查看線程池
16.3.1 cat thread pool
16.3.2 nodes info
16.3.3 nodes stats
16.3.4 nodes hot threads
16.3.5 Java的線程池結構
16.4 ES的線程池實現
16.4.1 ThreadPool類結構與初始化
16.4.2 fixed類型線程池構建過程
16.4.3 scaling類型線程池構建過程
16.4.4 direct類型線程池構建過程
16.4.5 fixed_auto_queue_size類型線程池構建過程
16.5 其他線程池
16.6 思考與總結
第17章 Shrink原理分析
17.1 準備源索引
17.2 縮小索引
17.3 Shrink的工作原理
17.3.1 創建新索引
17.3.2 創建硬鏈接
17.3.3 硬鏈接過程源碼分析
第18章 寫入速度優化
18.1 translog flush間隔調整
18.2 索引刷新間隔refresh_interval
18.3 段合併優化
18.4 indexing buffer
18.5 使用bulk請求
18.5.1 bulk線程池和隊列
18.5.2 併發執行bulk請求
18.6 磁盤間的任務均衡
18.7 節點間的任務均衡
18.8 索引過程調整和優化
18.8.1 自動生成doc ID
18.8.2 調整字段Mappings
18.8.3 調整_source字段
18.8.4 禁用_all字段
18.8.5 對Analyzed的字段禁用Norms
18.8.6 index_options 設置
18.9 參考配置
18.10 思考與總結
第19章 搜索速度的優化
19.1 為文件系統cache預留足夠的內存
19.2 使用更快的硬件
19.3 文檔模型
19.4 預索引數據
19.5 字段映射
19.6 避免使用腳本
19.7 優化日期搜索
1
1.1 基本概念和原理
1.1.1 索引結構
1.1.2 分片（shard）
1.1.3 動態更新索引
1.1.4 近實時搜索
1.1.5 段合併
1.2 集群內部原理
1.2.1 集群節點角色
1.2.2 集群健康狀態
1.2.3 集群狀態
1.2.4 集群擴容
1.3 客戶端API
1.4 主要內部模塊簡介
1.4.1 模塊結構
1.4.2 模塊管理
第2章 準備編譯和調試環境
2.1 編譯源碼
2.1.1 準備JDK和Gradle
2.1.2 下載源代碼
2.1.3 編譯項目，打包
2.1.4 將工程導入IntelliJ IDEA
2.2 調試Elasticsearch
2.2.1 本地運行、調試項目
2.2.2 遠程調試
2.3 代碼書簽和斷點組
第3章 集群啟動流程
3.1 選舉主節點
3.2 選舉集群元信息
3.3 allocation過程
3.4 index recovery
3.5 集群啟動日志
3.6 小結
第4章 節點的啟動和關閉
4.1 啟動流程做了什麼
4.2 啟動流程分析
4.2.1 啟動腳本
4.2.2 解析命令行參數和配置文件
4.2.3 加載安全配置
4.2.4 檢查內部環境
4.2.5 檢測外部環境
4.2.6 啟動內部模塊
4.2.7 啟動keepalive線程
4.3 節點關閉流程
4.4 關閉流程分析
4.5 分片讀寫過程中執行關閉
4.6 主節點被關閉
4.7 小結
第5章 選主流程
5.1 設計思想
5.2 為什麼使用主從模式
5.3 選舉算法
5.4 相關配置
5.5 流程概述
5.6 流程分析
5.6.1 選舉臨時Master
5.6.2 投票與得票的實現
5.6.3 確立Master或加入集群
5.7 節點失效檢測
5.7.1 NodesFaultDetection事件處理
5.7.2 MasterFaultDetection事件處理
5.8 小結
第6章 數據模型
6.1 PacificA算法
6.1.1 數據副本策略
6.1.2 配置管理
6.1.3 錯誤檢測
6.2 ES的數據副本模型
6.2.1 基本寫入模型
6.2.2 寫故障處理
6.2.3 基本讀取模型
6.2.4 讀故障處理
6.2.5 引申的含義
6.2.6 系統異常
6.3 Allocation IDs
6.3.1 安全地分配主分片
6.3.2 將分配標記為陳舊
6.2.3 一個例子
6.3.4 不會丟失全部
6.4 Sequence IDs
6.4.1 Primary Terms和Sequence Numbers
6.4.2 本地及全域檢查點
6.4.3 用於快速恢復（Recovery）
6.5 _version
第7章 寫流程
7.1 文檔操作的定義
7.2 可選參數
7.3 Index/Bulk基本流程
7.4 Index/Bulk詳細流程
7.4.1 協調節點流程
7.4.2 主分片節點流程
7.4.3 副分片節點流程
7.5 I/O異常處理
7.5.1 Engine關閉過程
7.5.2 Master的對應處理
7.5.3 異常流程總結
7.6 系統特性
7.7 思考
第8章 GET流程
8.1 可選參數
8.2 GET基本流程
8.3 GET詳細分析
8.3.1 協調節點
8.3.2 數據節點
8.4 MGET流程分析
8.5 思考
第9章 Search流程
9.1 索引和搜索
9.1.1 建立索引
9.1.2 執行搜索
9.2 search type
9.3 分布式搜索過程
9.3.1 協調節點流程
9.3.2 執行搜索的數據節點流程
9.4 小結
第10章 索引恢復流程分析
10.1 相關配置
10.2 流程概述
10.3 主分片恢復流程
10.4 副分片恢復流程
10.4.1 流程概述
10.4.2 synced flush機制
10.4.3 副分片節點處理過程
10.4.4 主分片節點處理過程
10.5 recovery速度優化
10.6 如何保證副分片和主分片一致
10.7 recovery相關監控命令
10.8 小結
第11章 gateway模塊分析
11.1 元數據
11.2 元數據的持久化
11.3 元數據的恢復
11.4 元數據恢復流程分析
11.4.1 選舉集群級和索引級別的元數據
11.4.2 觸發allocation
11.5 思考
第12章 allocation模塊分析
12.1 什麼是allocation
12.2 觸發時機
12.3 allocation模塊結構概述
12.4 allocators
12.5 deciders
12.5.1 負載均衡類
12.5.2 併發控制類
12.5.3 條件限制類
12.6 核心reroute實現
12.6.1 集群啟動時reroute的觸發時機
12.6.2 流程分析
12.6.3 gatewayAllocator
12.6.4 shardsAllocator
12.7 從gateway到allocation流程的轉換
12.8 從allocation流程到recovery流程的轉換
12.9 思考
第13章 Snapshot模塊分析
13.1 倉庫
13.2 快照
13.2.1 創建快照
13.2.2 獲取快照信息
13.2.3 快照status
13.2.4 取消、刪除快照和恢復操作
13.3 從快照恢復
13.3.1 部分恢復
13.3.2 恢復過程中更改索引設置
13.3.3 監控恢復進度
13.4 創建快照的實現原理
13.4.1 Lucene文件格式簡介
13.4.2 協調節點流程
13.4.3 主節點流程
13.4.4 數據節點流程
13.5 刪除快照實現原理
13.5.1 協調節點流程
13.5.2 主節點流程
13.6 思考與總結
第14章 Cluster模塊分析
14.1 集群狀態
14.2 內部封裝和實現
14.2.1 MasterService
14.2.2 ClusterApplierService
14.2.3 線程池
14.3 提交集群任務
14.3.1 內部模塊如何提交任務
14.3.2 任務提交過程實現
14.4 集群任務的執行過程
14.5 集群狀態的發佈過程
14.5.1 增量發佈的實現原理
14.5.2 二段提交總流程
14.5.3 發佈過程
14.5.4 提交過程
14.5.5 異常處理
14.6 應用集群狀態
14.7 查看等待執行的集群任務
14.8 任務管理API
14.8.1 列出運行中的任務
14.8.2 取消任務
14.9 思考與總結
第15章 Transport模塊分析
15.1 配置信息
15.1.1 傳輸模塊配置
15.1.2 通用網絡配置
15.2 Transport總體架構
15.2.1 網絡層
15.2.2 服務層
15.3 REST解析和處理
15.4 RPC實現
15.4.1 RPC的註冊和映射
15.4.2 根據Action獲取處理類
15.5 思考與總結
第16章 ThreadPool模塊分析
16.1 線程池類型
16.1.1 fixed
16.1.2 scaling
16.1.3 direct
16.1.4 fixed_auto_queue_size
16.2 處理器設置
16.3 查看線程池
16.3.1 cat thread pool
16.3.2 nodes info
16.3.3 nodes stats
16.3.4 nodes hot threads
16.3.5 Java的線程池結構
16.4 ES的線程池實現
16.4.1 ThreadPool類結構與初始化
16.4.2 fixed類型線程池構建過程
16.4.3 scaling類型線程池構建過程
16.4.4 direct類型線程池構建過程
16.4.5 fixed_auto_queue_size類型線程池構建過程
16.5 其他線程池
16.6 思考與總結
第17章 Shrink原理分析
17.1 準備源索引
17.2 縮小索引
17.3 Shrink的工作原理
17.3.1 創建新索引
17.3.2 創建硬鏈接
17.3.3 硬鏈接過程源碼分析
第18章 寫入速度優化
18.1 translog flush間隔調整
18.2 索引刷新間隔refresh_interval
18.3 段合併優化
18.4 indexing buffer
18.5 使用bulk請求
18.5.1 bulk線程池和隊列
18.5.2 併發執行bulk請求
18.6 磁盤間的任務均衡
18.7 節點間的任務均衡
18.8 索引過程調整和優化
18.8.1 自動生成doc ID
18.8.2 調整字段Mappings
18.8.3 調整_source字段
18.8.4 禁用_all字段
18.8.5 對Analyzed的字段禁用Norms
18.8.6 index_options 設置
18.9 參考配置
18.10 思考與總結
第19章 搜索速度的優化
19.1 為文件系統cache預留足夠的內存
19.2 使用更快的硬件
19.3 文檔模型
19.4 預索引數據
19.5 字段映射
19.6 避免使用腳本
19.7 優化日期搜索
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