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前言

  我曾经面试安踏的技术岗,当时面试官问了我一个问题:如果你想使用某个新技术但是领导不愿意,你怎么办?

  对于该问题我相信大家就算没有面试被问到过,现实工作中同事之间的合作也会遇到。 

因此从我的角度重新去回答这个问题,有以下几点:

  1.师出有名,在软件工程里是针对问题场景提供解决方案的,如果脱离的实际问题(需求)去做技术选型,无疑是耍流氓。大家可以回顾身边的“架构师”、“技术Leader”是不是拍拍脑袋做决定,问他们为什么这么做,可能连个冠冕堂皇的理由都给不出。

  2.信任度,只有基于上面的条件,你才有理由建议引入新技术。领导愿不愿意引入新技术有很多原因:领导不了解这技术、领导偏保守、领导不是做技术的等。那么我认为这几种都是信任度,这种信任度分人和事,人就是引入技术的提出者,事就是提出引入的技术。

  3.尽人事,任何问题只是单纯解决都是简单的,以我以往的做法,把基本资料收集全并以通俗易懂的方式归纳与讲解,最好能提供一些能量化的数据,这样更加有说服力。知识普及OK后,就可以尝试写方案与做个Demo,方案最好可以提供多个,可以分短期收益与长期收益的。完成上面几点可以说已经尽人事了,如果领导还不答应那么的确有他的顾虑,就算无法落实,到目前为止的收获也不错。

  4.复杂的是人,任何人都无法时刻站在理智与客观的角度去看待问题,事是由人去办的,所以同一件事由不同的人说出来的效果也不一样。因此得学会向上管理、保持与同事之间合作融洽度,尽早的建立合作信任。本篇文章更多叙述的事,因此人方面不过多深究,有兴趣的我可以介绍一本书《知行 技术人的管理之路》。

  本篇我的实践做法与上述一样,除了4无法体现。那么下文我分了4大模块:业务背景介绍基础概念讲解方案的选用技术细节

  该篇文章不包含代码有8000多千字,花了我3天时间写,可能需要您花10分钟慢慢阅读,我承诺大家正文里面细节满满

  曾有朋友建议我拆开来写,但是我的习惯还是希望以一篇文章,这样更加系统化的展示给大家。当然大家有什么建议也可以在下方留言给我。

  部分源码,我放到了https://github.com/SkyChenSky/Sikiro 的Sikiro.ES.Api里

背景

  本公司多年以来用SQL Server作为主存储,随着多年的业务发展,已经到了数千万级的数据量。

  而部分非核心业务原本应该超亿的量级了,但是因为从物理表的设计优化上进行了数据压缩,导致维持在一个比较稳定的数量。压缩数据虽然能减少存储量,优化提供一定的性能,但是同时带来的损失了业务可扩展性。举个例子:我们平台某个用户拥有最后访问作品记录总的阅读时长,但是没有某个用户的阅读明细,那么这样的设计就会导致后续新增一个抽奖业务,需要在某个时间段内阅读了多长时间或者章节数量的作品,才能参加与抽奖;或者运营想通过阅读记录统计或者分析出,用户的爱好受欢迎的作品。现有的设计对以上两种业务情况都是无法满足的。

  此外我们平台还有作品搜索功能,like ‘%搜索%’查询是不走索引的而走全表扫描,一张表42W全表扫描,数据库服务器配置可以的情况下还是可以的,但是存在并发请求时候,资源消耗就特别厉害了,特别是在偶尔被爬虫爬取数据。(我们平台API的并发峰值能达到8w/s,每天的接口在淡季请求次数达到了1亿1千万)

  关系型数据库拥有ACID特性,能通过金融级的事务达成数据的一致性,然而它却没有横向扩展性,只要在海量数据场景下,单实例,无论怎么在关系型数据库做优化,都是只是治标。而NoSQL的出现很好的弥补了关系型数据库的短板,在马丁福勒所著的《NoSQL精粹》对NoSQL进行了分类:文档型、图形、列式,键值,从我的角度其实可以把搜索引擎纳入NoSQL范畴,因为它的确满足的NoSQL的4大特性:易扩展、大数据量高性能、灵活的数据模型、高可用。我看过一些同行的见解,把Elasticsearch归为文档型NoSQL,我个人是没有给他下过于明确的定义,这个上面说法大家见仁见智。

  MongoDB作为文档型数据库也属于我的技术选型范围,它的读写性能高且平衡、数据分片与横向扩展等都非常适合我们平台部分场景,最后我还是选择Elasticsearch。原因有三:

  1. 我们运维相比于MongoDB更熟悉Elasticsearch。
  2. 我们接下来有一些统计报表类的需求,Elastic Stack的各种工具能很好满足我们的需求。
  3. 我们目前着手处理的场景以非实时、纯读为主的业务,Elasticsearch近实时搜索已经能满足我们。

Elasticsearch优缺点

百度百科 :

Elasticsearch是一个基于Lucene的搜索服务器。它提供了一个分布式多用户能力的全文搜索引擎,基于RESTful web接口。Elasticsearch由Java语言开发的,是一种流行的企业级搜索引擎。Elasticsearch用于云计算中,能够达到实时搜索,稳定,可靠,快速,安装使用方便。官方客户端在Java、.NET(C#)、PHP、Python、Apache Groovy、Ruby和许多其他语言中都是可用的。

  对于满足当下的业务需求和未来支持海量数据的搜索,我选择了Elasticsearch,其实原因主要以下几点:

优点 描述
横向可扩展性 可单机、可集群,横向扩展非常简单方便,自动整理数据分片
索引被分为多个分片(Shard),利用多台服务器,使用了分而治之的思想提升处理效率
支持搜索多样化 与传统关系型数据库相比,ES提供了全文检索、同义词处理、相关度排名、复杂数据分析、海量数据的近实时处理等功能
高可用 提供副本(Replica)机制,一个分片可以设置多个副本,假如某服务器宕机后,集群仍能正常工作。
开箱即用 简易的运维部署,提供基于Restful API,多种语言的SDK

  那么我个人认为Elasticsearch比较大的缺点只有 吃内存,具体原因可以看下文内存读取部分。

Elasticsearch为什么快?

我个人对于Elasticsearch快的原因主要总结三点:

  • 内存读取
  • 多种索引
    • 倒排索引  
    • doc values
  • 集群分片

内存读取

  Elasticsearch是基于Lucene, 而Lucene被设计为可以利用操作系统底层机制来缓存内存数据结构,换句话说Elasticsearch是依赖于操作系统底层的 Filesystem Cache,查询时,操作系统会将磁盘文件里的数据自动缓存到 Filesystem Cache 里面去,因此要求Elasticsearch性能足够高,那么就需要服务器的提供的足够内存给Filesystem Cache 覆盖存储的数据

  上一段最后一句话什么意思呢?假如:Elasticsearch 节点有 3 台服务器各64G内存,3台总内存就是 64 * 3 = 192G。每台机器给 Elasticsearch  jvm heap 是 32G,那么每服务器留给 Filesystem Cache 的就是 32G(50%),而集群里的 Filesystem Cache 的就是 32 * 3 = 96G 内存。此时,在 3 台Elasticsearch服务器共占用了 1T 的磁盘容量,那么每台机器的数据量约等于 341G,意味着每台服务器只有大概10分之1数据是缓存在内存的,其余都得走硬盘。

  说到这里大家未必会有一个直观得认识,因此我从《大型网站技术架构:核心原理与案例分析》第36页抠了一张表格下来:

操作 响应时间
打开一个网站 几秒
在数据库中查询一条记录(有索引) 十几毫秒
机械磁盘一次寻址定位 4毫秒
从机械磁盘顺序读取1MB数据 2毫秒
从SSD磁盘顺序读取1MB数据 0.3毫秒
从远程分布式缓存Redis读取一个数据 0.5毫秒
从内存中读取1MB数据 十几微秒
Java程序本地方法调用 几微秒
网络传输2KB数据 1微秒

   从上图加粗项看出,内存读取性能是机械磁盘的200倍,是SSD磁盘约等于30倍,假如读一次Elasticsearch走内存场景下耗时20毫秒,那么走机械硬盘就得4秒,走SSD磁盘可能约等于0.6秒。讲到这里我相信大家对是否走内存的性能差异有一个直观的认识。

对于Elasticsearch有很多种索引类型,但是我认为核心主要是倒排索引和doc values

倒排索引

  Lucene将写入索引的所有信息组织为倒排索引(inverted index)的结构形式。倒排索引是一种将分词映射到文档的数据结构,可以认为倒排索引是面向分词的而不是面向文档的。

  假设在测试环境的Elasticsearch存放了有以下三个文档:

  • Elasticsearch Server(文档1)
  • Masterring Elasticsearch(文档2)
  • Apache Solr 4 Cookbook(文档3)

  以上文档索引建好后,简略显示如下:

词项 数量 文档
4 1 <3>
Apache 1 <3>
Cooking 1 <3>
Elasticsearch 2 <1><2>
Mastering 1 <1>
Server 1 <1>
Solr 1 <3>

  如上表格所示,每个词项指向该词项所出现过的文档位置,这种索引结构允许快速、有效的搜索出数据。

doc values  

  对于分组、聚合、排序等某些功能来说,倒排索引的方式并不是最佳选择,这类功能操作的是文档而不是词项,这个时候就得把倒排索引逆转过来成正排索引,这么做会有两个缺点:

  1. 构建时间长
  2. 内存占用大,易OutOfMemory,且影响垃圾回收

  Lucene 4.0之后版本引入了doc values和额外的数据结构来解决上面得问题,目前有五种类型的doc values:NUMERIC、BINARY、SORTED、SORTED_SET、SORTED_NUMERIC,针对每种类型Lucene都有特定的压缩方法。

  doc values是列式存储的正排索引,通过docID可以快速读取到该doc的特定字段的值,列式存储存储对于聚合计算有非常高的性能。

 

集群分片

  Elasticsearch可以简单、快速利用多节点服务器形成集群,以此分摊服务器的执行压力

  此外数据可以进行分片存储,搜索时并发到不同服务器上的主分片进行搜索。

这里可以简单讲述下Elasticsearch查询原理,Elasticsearch的查询分两个阶段:分散阶段合并阶段

  任意一个Elasticsearch节点都可以接受客户端的请求。接受到请求后,就是分散阶段,并行发送子查询给其他节点;

  然后是合并阶段,则从众多分片中收集返回结果,然后对他们进行合并、排序、取长等后续操作。最终将结果返回给客户端。

机制如下图:

分页深度陷阱

  基于以上查询的原理,扩展一个分页深度的问题。

  现需要查页长为10、第100页的数据,实际上是会把每个 Shard 上存储的前 1000(10*100) 条数据都查到一个协调节点上。如果有 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。也就是实际上查的数据总量为pageSize*pageIndex*shard,页数越深则查询的越慢。因此ElasticSearch也会有要求,每次查询出来的数据总数不会返回超过10000条。

   那么从业务上尽可能跟产品沟通避免分页跳转,使用滚动加载。而Elasticsearch使用的相关技术是search_after、scroll_id。

ElasticSearch与数据库基本概念对比

ElasticSearch

RDBMS

Index

Document

Field

Mapping

表结构

  在Elasticsearch 7.0版本之前(<7.0),有type的概念,而Elasticsearch关系型数据库的关系是,index = database、type = table,但是在Elasticsearch 7.0版本后(>=7.0)弱化了type默认为_doc,而官方会在8.0之后会彻底移除type。

服务器选型

  在官方文档(https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/heap-sizing.html)里建议Elasticsearch  JVM Heap最大为32G,同时不超过服务器内存的一半,也就是说内存分别为128G和64G的服务器,JVM Heap最大只需要设置32G;而32G服务器,则建议JVM Heap最大16G,剩余的内存将会给到Filesystem Cache充分使用。如果不需要对分词字符串做聚合计算(例如,不需要 fielddata )可以考虑降低JVM Heap。JVM Heap越小,会导致Elasticsearch的GC频率更高,但Lucene就可以的使用更多的内存,这样性能就会更高。

  对于我们公司的未来新增业务还会有收集用户的访问记录来统计PV(page view)、UV(user view),有一定的聚合计算,经过多方便的考虑与讨论,平衡成本与需求后选择了腾讯云的三台配置为CPU 16核、内存64G,SSD云硬盘的服务器,并给与Elasticsearch 配置JVM Heap = 32G。

需求场景选择

Elasticsearch在本公司系统的可使用场景非常多,但是作为第一次引入因慎重选择,给与开发与运维一定的时间熟悉与观察。

经过商讨,选择了两个业务场景,用户阅读作品的记录明细作品搜索,选择这两个业务场景原因如下:

  • 写场景
    • 我们平台的用户黏度比较高,阅读作品是一个高频率的调用,因此用户阅读作品的记录明细可在短时间内造成海量数据的场景。(现一个月已达到了70G的数据量,共1亿1千万条)
  • 读场景
    • 阅读记录需提供给未来新增的抽奖业务使用,可从阅读章节数、阅读时长等进行搜索计算。
    • 作品搜索原有实现是通过关系型数据库like查询,已是具有潜在的性能问题与资源消耗的业务场景

对于上述两个业务,用户阅读作品的记录明细抽奖业务属于新增业务,对于在投入成本相对较少,也无需过多的需要兼容旧业务的压力。

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而作品搜索业务属于优化改造,得保证兼容原有的用户搜索习惯前提下,新增拼音搜索。同时最好以扩展的方式,尽可能的减少代码修改范围,如果使用效果不好,随时可以回滚到旧的实现方式。

设计方案

共性设计

  我使用.Net 5 WebApi将Elasticsearch封装成ES业务服务API,这样的做法主要用来隐藏技术细节(时区、分词器、类型转换等),暴露粗粒度的读写接口。这种做法在马丁福勒所著的《NoSQL精粹》称把数据库视为“应用程序数据库”,简单来说就是只能通过应用间接的访问存储,对于这个应用由一个团队负责维护开发,也只有这个团队才知道存储的结构。这样通过封装的API服务解耦了外部API服务与存储,调用方就无需过多关注存储的特性,像Mongodb与Elasticsearch这种无模式的存储,无需优先定义结构,换而言之就是对于存储已有结构可随意修改扩展,那么“应用程序数据库”的做法也避免了其他团队无意侵入的修改。

  考虑到现在业务需求复杂度相对简单,MQ消费端也一起集成到ES业务服务,若后续MQ消费业务持续增多,再考虑把MQ消费业务抽离到一个(或多个的)消费端进程。

  目前以同步读、同步写、异步写的三种交互方式,进行与其他服务通信。

阅读记录明细

  本需求是完全新增,因此引入相对简单,只需要在【平台API使用【RabbitMQ】进行解耦,使用异步方式写入Elasticsearch,使用队列除了用来解耦,还对此用来缓冲高并发写压力的情况。

  对于后续新增的业务例如抽奖服务,则只需要通过RPC框架对接ES业务API,以同步读取的方式查询数据。

 

作品搜索

  对于该业务,我第一反应采用CQRS的思想,原有的写入逻辑我无需过多的关注与了解,因此我只需要想办法把关系型数据库的数据同步到Elasticsearch,然后提供业务查询API替换原有平台API的数据源即可。

  那么数据同步则一般都是分两种方式。

  推的实时性无疑是比拉要高,只需增量的推送做写入的数据(增、删、改)即可,无论是从性能、资源利用、时效各方面来看都比拉更有效。

  实施该方案,可以选择Debezium和SQL Server开启CDC功能。

  Debezium由RedHat开源的,同时需要依赖于kafka的,一个将多种数据源实时变更数据捕获,形成数据流输出的开源工具,同类产品有Canal, DataBus, Maxwell。

  CDC全称Change Data Capture,直接翻译过来为变更数据捕获,核心为监测服务捕获数据库的写操作(插入,更新,删除),将这些变更按发生的顺序完整记录下来。

我个人在我博客文章多次强调架构设计的输入核心为两点满足需求组织架构,在满足需求的前提应优先选择简单、合适的方案。技术选型应需要考虑自己的团队是否可以支撑。在上述无论是额外加入Debezium和kafka,还是需要针对SQL Server开启CDC都超出了我们运维所能承受的极限,引入新的中间件和技术是需要试错的,而试错是需要额外高的成本,在未知的情况下引入更多的未知,只会造成更大的成本和不可控。

  拉无疑是最简单最合适的实现方式,只需要使用调度任务服务,每隔段时间定时去从数据库拉取数据写入到Elasticsearch就可。

  然而拉取数据,分全量同步增量同步

  对于增量同步,只需要每次查询数据源Select * From Table_A Where RowVersion > LastUpdateVersion,则可以过滤出需要同步的数据。但是这个方式有点致命的缺点,数据源已被删除的数据是无法查询出来的,如果把Elasticsearch反向去跟SQL Server数据做对比又是一件比较愚蠢的方式,因此只能放弃该方式。

  而全量同步,只要每次从SQL Server数据源全量新增到Elasticsearch,并替换旧的Elasticsearch的Index,因此该方案得全删全增。但是这里又引申出新的问题,如果先删后增,那么在删除后再新增的这段真空期怎么办?假如有5分钟的真空期是没有数据,用户就无法使用搜索功能。那么只能先增后删,先新增到一个Index_Temp,全量新增完后,把原有Index改名成Index_Delete,然后再把Index_Temp改成Index,最后把Index_Delete删除。这么一套操作下来,有没有觉得很繁琐很费劲?Elasticsearch有一个叫别名(Aliases)的功能,别名可以一对多的指向多个Index,也可以以原子性的进行别名指向Index的切换,具体实现可以看下文。

 

阅读记录实现细节

实体定义

   优先定义了个抽象类ElasticsearchEntity进行复用,对于实体定义有三个注意的细节点:

  1.对于ElasticsearchEntity我定义两个属性_id与Timestamp,Elasticsearch是无模式的(无需预定义结构),如果实体本身没有_id,写入到Elasticsearch会自动生成一个_id,为了后续的使用便捷性,我仍然自主定义了一个。

  2.基于上述的分页深度的问题,因此在后续涉及的业务尽可能会以search_after+滚动加载的方式落实到我们的业务。原本我们只需要使用DateTime类型的字段用DateTime.Now记录后,再使用search_after后会自动把DateTime类型字段转换成毫秒级的Timestamp,但是我在实现demo的时候,去制造数据,在程序里以for循环new数据的时候,发现生成的速度会在微秒级之间,那么假设用毫秒级的Timestamp进行search_after过滤,同一个毫秒有4、5条数据,那么容易在使用滚动加载时候少加载了几条数据,这样就到导致数据返回不准确了。因此我扩展了个[DateTime.Now.DateTimeToTimestampOfMicrosecond()]生成微秒级的Timestamp,以此尽可能减少出现漏加载数据的情况。

  3.对于Elasticsearch的操作实体的日期时间类型均以DateTimeOffset类型声明,因为Elasticsearch存储的是UTC时间,而且会因为Http请求的日期格式不同导致存放的日期时间也会有所偏差,为了避免日期问题使用DateTimeOffset类型是一种保险的做法。而对于WebAPI 接口或者MQ的Message接受的时间类型可以使用DateTime类型,DTO(传输对象)与DO(持久化对象)使用Mapster或者AutoMapper类似的对象映射工具进行转换即可(注意DateTimeOffset转DateTime得定义转换规则 [TypeAdapterConfig<DateTimeOffset, DateTime>.NewConfig().MapWith(dateTimeOffset => dateTimeOffset.LocalDateTime)])。

  如此一来,把Elasticsearch操作细节隐藏在WebAPI里,以友好、简单的接口暴露给开发者使用,降低了开发者对技术细节认知负担。

    [ElasticsearchType(RelationName = "user_view_duration")]
    public class UserViewDuration : ElasticsearchEntity
    {
        /// <summary>
        /// 作品ID
        /// </summary>
        [Number(NumberType.Long, Name = "entity_id")]
        public long EntityId { get; set; }

        /// <summary>
        /// 作品类型
        /// </summary>
        [Number(NumberType.Long, Name = "entity_type")]
        public long EntityType { get; set; }

        /// <summary>
        /// 章节ID
        /// </summary>
        [Number(NumberType.Long, Name = "charpter_id")]
        public long CharpterId { get; set; }

        /// <summary>
        /// 用户ID
        /// </summary>
        [Number(NumberType.Long, Name = "user_id")]
        public long UserId { get; set; }

        /// <summary>
        /// 创建时间
        /// </summary>
        [Date(Name = "create_datetime")]
        public DateTimeOffset CreateDateTime { get; set; }

        /// <summary>
        /// 时长
        /// </summary>
        [Number(NumberType.Long, Name = "duration")]
        public long Duration { get; set; }

        /// <summary>
        /// IP
        /// </summary>
        [Ip(Name = "Ip")]
        public string Ip { get; set; }
    }
public abstract class ElasticsearchEntity
    {
        private Guid? _id;

        public Guid Id
        {
            get
            {
                _id ??= Guid.NewGuid();
                return _id.Value;
            }
            set => _id = value;
        }

        private long? _timestamp;

        [Number(NumberType.Long, Name = "timestamp")]
        public long Timestamp
        {
            get
            {
                _timestamp ??= DateTime.Now.DateTimeToTimestampOfMicrosecond();
                return _timestamp.Value;
            }
            set => _timestamp = value;
        }
    }

异步写入

对于异步写入有两个细节点:

  1.该数据从RabbtiMQ订阅消费写入到Elasticsearch,从下面代码可以看出,我刻意以月的维度建立Index,格式为 userviewrecord-2021-12,这么做的目的是为了方便管理Index和资源利用,有需要的情况下会删除旧的Index。

  2.消息订阅与WebAPI暂时集成到同一个进程,这样做主要是开发、部署都方便,如果后续订阅多了,在把消息订阅相关的业务抽离到独立的进程。

按需演变,避免过度设计

订阅消费逻辑

 public class UserViewDurationConsumer : BaseConsumer<UserViewDurationMessage>
    {
        private readonly ElasticClient _elasticClient;

        public UserViewDurationConsumer(ElasticClient elasticClient)
        {
            _elasticClient = elasticClient;
        }

        public override void Excute(UserViewDurationMessage msg)
        {
            var document = msg.MapTo<Entity.UserViewDuration>();

            var result = _elasticClient.Create(document, a => a.Index(typeof(Entity.UserViewDuration).GetRelationName() + "-" + msg.CreateDateTime.ToString("yyyy-MM"))).GetApiResult();
            if (result.Failed)
                LoggerHelper.WriteToFile(result.Message);
        }
    }

 

/// <summary>
    /// 订阅消费
    /// </summary>
    public static class ConsumerExtension
    {
        public static IApplicationBuilder UseSubscribe<T, TConsumer>(this IApplicationBuilder appBuilder, IHostApplicationLifetime lifetime) where T : EasyNetQEntity, new() where TConsumer : BaseConsumer<T>
        {
            var bus = appBuilder.ApplicationServices.GetRequiredService<IBus>();
            var consumer = appBuilder.ApplicationServices.GetRequiredService<TConsumer>();

            lifetime.ApplicationStarted.Register(() =>
            {
                bus.Subscribe<T>(msg => consumer.Excute(msg));
            });

            lifetime.ApplicationStopped.Register(() => bus?.Dispose());

            return appBuilder;
        }
    }

订阅与注入

public class Startup
    {
        public Startup(IConfiguration configuration)
        {
            Configuration = configuration;
        }

        public IConfiguration Configuration { get; }

        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            ......
        }

        public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env, IHostApplicationLifetime lifetime)
        {
            app.UseAllElasticApm(Configuration);

            app.UseHealthChecks("/health");

            app.UseDeveloperExceptionPage();
            app.UseSwagger();
            app.UseSwaggerUI(c =>
            {
                c.SwaggerEndpoint("/swagger/v1/swagger.json", "SF.ES.Api v1");
                c.RoutePrefix = "";
            });

            app.UseRouting();
            app.UseEndpoints(endpoints =>
            {
                endpoints.MapControllers();
            });

            app.UseSubscribe<UserViewDurationMessage, UserViewDurationConsumer>(lifetime);
        }
    }

查询接口

查询接口此处有两个细节点:

  1.如果不确定月份,则使用通配符查询userviewrecord-*,当然有需要的也可以使用别名处理。

  2.因为Elasticsearch是记录UTC时间,因此时间查询得指定TimeZone。

     [HttpGet]
        [Route("record")] public ApiResult<List<UserMarkRecordGetRecordResponse>> GetRecord([FromQuery] UserViewDurationRecordGetRequest request) { var dataList = new List<UserMarkRecordGetRecordResponse>(); string dateTime; if (request.BeginDateTime.HasValue && request.EndDateTime.HasValue) { var month = request.EndDateTime.Value.DifferMonth(request.BeginDateTime.Value); if(month <= 0 ) dateTime = request.BeginDateTime.Value.ToString("yyyy-MM"); else dateTime = "*"; } else dateTime = "*"; var mustQuerys = new List<Func<QueryContainerDescriptor<UserViewDuration>, QueryContainer>>(); if (request.UserId.HasValue) mustQuerys.Add(a => a.Term(t => t.Field(f => f.UserId).Value(request.UserId.Value))); if (request.EntityType.HasValue) mustQuerys.Add(a => a.Term(t => t.Field(f => f.EntityType).Value(request.EntityType))); if (request.EntityId.HasValue) mustQuerys.Add(a => a.Term(t => t.Field(f => f.EntityId).Value(request.EntityId.Value))); if (request.CharpterId.HasValue) mustQuerys.Add(a => a.Term(t => t.Field(f => f.CharpterId).Value(request.CharpterId.Value))); if (request.BeginDateTime.HasValue) mustQuerys.Add(a => a.DateRange(dr => dr.Field(f => f.CreateDateTime).GreaterThanOrEquals(request.BeginDateTime.Value).TimeZone(EsConst.TimeZone))); if (request.EndDateTime.HasValue) mustQuerys.Add(a => a.DateRange(dr => dr.Field(f => f.CreateDateTime).LessThanOrEquals(request.EndDateTime.Value).TimeZone(EsConst.TimeZone))); var searchResult = _elasticClient.Search<UserViewDuration>(a => a.Index(typeof(UserViewDuration).GetRelationName() + "-" + dateTime) .Size(request.Size) .Query(q => q.Bool(b => b.Must(mustQuerys))) .SearchAfterTimestamp(request.Timestamp) .Sort(s => s.Field(f => f.Timestamp, SortOrder.Descending))); var apiResult = searchResult.GetApiResult<UserViewDuration, List<UserMarkRecordGetRecordResponse>>(); if (apiResult.Success) dataList.AddRange(apiResult.Data); return ApiResult<List<UserMarkRecordGetRecordResponse>>.IsSuccess(dataList); }

作品搜索实现细节

实体定义

SearchKey是原有SQL Server的数据,现需要同步到Elasticsearch,仍是继承抽象类ElasticsearchEntity实体定义,同时这里有三个细节点:

  1. public string KeyName,我定义的是Text类型,在Elasticsearch使用Text类型才会分词。

  2.在实体定义我没有给KeyName指定分词器,因为我会使用两个分词器:拼音和默认分词,而我会在批量写入数据创建Mapping时定义。

  3.实体里的 public List<int> SysTagId 与SearchKey在SQL Server是两张不同的物理表是一对多的关系,在代码表示如下,但是在关系型数据库是无法与之对应和体现的,这就是咱们所说的“阻抗失配”,但是能在以文档型存储系统(MongoDB、Elasticsearch)里很好的解决这个问题,可以以一个聚合的方式写入,避免多次查询关联。

    [ElasticsearchType(RelationName = "search_key")]
    public class SearchKey : ElasticsearchEntity
    {
        [Number(NumberType.Integer, Name = "key_id")]
        public int KeyId { get; set; }

        [Number(NumberType.Integer, Name = "entity_id")]
        public int EntityId { get; set; }

        [Number(NumberType.Integer, Name = "entity_type")]
        public int EntityType { get; set; }

        [Text(Name = "key_name")]
        public string KeyName { get; set; }

        [Number(NumberType.Integer, Name = "weight")]
        public int Weight { get; set; }

        [Boolean(Name = "is_subsidiary")]
        public bool IsSubsidiary { get; set; }

        [Date(Name = "active_date")]
        public DateTimeOffset? ActiveDate { get; set; }

        [Number(NumberType.Integer, Name = "sys_tag_id")]
        public List<int> SysTagId { get; set; }
    }

数据同步

  数据同步我采用了Quartz.Net定时调度任务框架,因此时效不高,所以每4小时同步一次即可,有42W多的数据,分批进行同步,每次查询1000条数据同时进行一次批量写入。全量同步一次的时间大概2分钟。因此使用RPC调用[ES业务API服务]。

  因为具体业务逻辑已经封装在[ES业务API服务],因此同步逻辑也相对简单,查询出SQL Server数据源、聚合整理、调用[ES业务API服务]的批量写入接口、重新绑定别名到新的Index。

  [DisallowConcurrentExecution]
    public class SearchKeySynchronousJob : BaseJob
    {
        public override void Execute()
        {
            var rm = SFNovelReadManager.Instance();

            var maxId = 0;
            var size = 1000;
            string indexName = "";

            while (true)
            {
                //避免一次性全部查询出来,每1000条一次写入。
                var searchKey = sm.searchKey.GetList(size, maxId);

                if (!searchKey.Any())
                    break;

                var entityIds = searchKey.Select(a => a.EntityID).Distinct().ToList();

                var sysTagRecord = rm.Novel.GetSysTagRecord(entityIds);

                var items = searchKey.Select(a => new SearchKeyPostItem
                {
                    Weight = a.Weight,
                    EntityType = a.EntityType,
                    EntityId = a.EntityID,
                    IsSubsidiary = a.IsSubsidiary ?? false,
                    KeyName = a.KeyName,
                    ActiveDate = a.ActiveDate,
                    SysTagId = sysTagRecord.Where(c => c.EntityID == a.EntityID).Select(c => c.SysTagID).ToList(),
                    KeyID = a.KeyID
                }).ToList();

                //以一个聚合写入到ES
                var postResult = new SearchKeyPostRequest
                {
                    IndexName = indexName,
                    Items = items
                }.Excute();

                if (postResult.Success)
                {
                    indexName = (string)postResult.Data;
                    maxId = searchKey.Max(a => a.KeyID);
                }
            }

            //别名从旧Index指向新的Index,最后删除旧Index
            var renameResult = new SearchKeyRenameRequest
            {
                IndexName = indexName
            }.Excute();
        }
    }
}

业务API接口

批量新增接口这里有2个细节点:

  1.在第一次有数据进来的时候需要创建Mapping,因为得对KeyName字段定义分词器,其余字段都可以使用AutoMap即可。

  2.新创建的Index名称是精确到秒的 SearchKey-202112261121

     /// <summary>
        /// 批量新增作品搜索列表(返回创建的indexName)
        /// </summary>
        /// <param name="request"></param>
        /// <returns></returns>
        [HttpPost]
        public ApiResult Post(SearchKeyPostRequest request)
        {
            if (!request.Items.Any())
                return ApiResult.IsFailed("无传入数据");

            var date = DateTime.Now;
            var relationName = typeof(SearchKey).GetRelationName();
            var indexName = request.IndexName.IsNullOrWhiteSpace() ? (relationName + "-" + date.ToString("yyyyMMddHHmmss")) : request.IndexName;

            if (request.IndexName.IsNullOrWhiteSpace())
            {
                var createResult = _elasticClient.Indices.Create(indexName,
                    a =>
                        a.Map<SearchKey>(m => m.AutoMap().Properties(p =>
                            p.Custom(new TextProperty
                            {
                                Name = "key_name",
                                Analyzer = "standard",
                                Fields = new Properties(new Dictionary<PropertyName, IProperty>
                                {
                                    { new PropertyName("pinyin"),new TextProperty{ Analyzer = "pinyin"} },
                                    { new PropertyName("standard"),new TextProperty{ Analyzer = "standard"} }
                                })
                            }))));

                if (!createResult.IsValid && request.IndexName.IsNullOrWhiteSpace())
                    return ApiResult.IsFailed("创建索引失败");
            }
            
            var document = request.Items.MapTo<List<SearchKey>>();

            var result = _elasticClient.BulkAll(indexName, document);

            return result ? ApiResult.IsSuccess(data: indexName) : ApiResult.IsFailed();
        }

重新绑定别名接口这里有4个细节点:

1.别名使用searchkey,只会有一个Index[searchkey-yyyyMMddHHmmss]会跟searchkey绑定.

2.优先把已绑定的Index查询出来,方便解绑与删除。

3.别名绑定在Elasticsearch虽然是原子性的,但是不是数据一致性的,因此得先Add后Remove。

4.删除旧得Index免得占用过多资源。

     /// <summary>
        /// 重新绑定别名
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [HttpPut]
        public ApiResult Rename(SearchKeyRanameRequest request)
        {
            var aliasName = typeof(SearchKey).GetRelationName();
            var getAliasResult = _elasticClient.Indices.GetAlias(aliasName);

            //给新index指定别名
            var bulkAliasRequest = new BulkAliasRequest
            {
                Actions = new List<IAliasAction>
                {
                    new AliasAddDescriptor().Index(request.IndexName).Alias(aliasName)
                }
            };

            //移除别名里旧的索引
            if (getAliasResult.IsValid)
            {
                var indeNameList = getAliasResult.Indices.Keys;
                foreach (var indexName in indeNameList)
                {
                    bulkAliasRequest.Actions.Add(new AliasRemoveDescriptor().Index(indexName.Name).Alias(aliasName));
                }
            }

            var result = _elasticClient.Indices.BulkAlias(bulkAliasRequest);

            //删除旧的index
            if (getAliasResult.IsValid)
            {
                var indeNameList = getAliasResult.Indices.Keys;
                foreach (var indexName in indeNameList)
                {
                    _elasticClient.Indices.Delete(indexName);
                }
            }

            return result != null && result.ApiCall.Success ? ApiResult.IsSuccess() : ApiResult.IsFailed();
        }

查询接口这里跟前面细节得差不多:

  但是这里有一个得特别注意的点,可以看到这个查询接口同时使用了should和must,这里得设置minimumShouldMatch才能正常像SQL过滤。

  should可以理解成SQL的Or,Must可以理解成SQL的And。

  默认情况下minimumShouldMatch是等于0的,等于0的意思是,should不命中任何的数据仍然会返回must命中的数据,也就是你们可能想搜索(keyname.pinyin=’chengong‘ or keyname.standard=’chengong‘) and id > 0,但是es里没有存keyname='chengong'的数据,会把id> 0 而且 keyname != 'chengong' 数据给查询出来。

  因此我们得对minimumShouldMatch=1,就是should条件必须得任意命中一个才能返回结果。

  在should和must混用的情况下必须得注意minimumShouldMatch的设置!!!

/// <summary>
        /// 作品搜索列表
        /// </summary>
        /// <param name="request"></param>
        /// <returns></returns>
        [HttpPost]
        [Route("search")]
        public ApiResult<List<SearchKeyGetResponse>> Get(SearchKeyGetRequest request)
        {
            var shouldQuerys = new List<Func<QueryContainerDescriptor<SearchKey>, QueryContainer>>();
            int minimumShouldMatch = 0;
            if (!request.KeyName.IsNullOrWhiteSpace())
            {
                shouldQuerys.Add(a => a.MatchPhrase(m => m.Field("key_name.pinyin").Query(request.KeyName)));
                shouldQuerys.Add(a => a.MatchPhrase(m => m.Field("key_name.standard").Query(request.KeyName)));
                minimumShouldMatch = 1;
            }

            var mustQuerys = new List<Func<QueryContainerDescriptor<SearchKey>, QueryContainer>>
            {
                a => a.Range(t => t.Field(f => f.Weight).GreaterThanOrEquals(0))
            };

            if (request.IsSubsidiary.HasValue)
                mustQuerys.Add(a => a.Term(t => t.Field(f => f.IsSubsidiary).Value(request.IsSubsidiary.Value)));

            if (request.SysTagIds != null && request.SysTagIds.Any())
                mustQuerys.Add(a => a.Terms(t => t.Field(f => f.SysTagId).Terms(request.SysTagIds)));

            if (request.EntityType.HasValue)
            {
                if (request.EntityType.Value == ESearchKey.EntityType.AllNovel)
                {
                    mustQuerys.Add(a => a.Terms(t => t.Field(f => f.EntityType).Terms(ESearchKey.EntityType.Novel, ESearchKey.EntityType.ChatNovel, ESearchKey.EntityType.FanNovel)));
                }
                else
                    mustQuerys.Add(a => a.Term(t => t.Field(f => f.EntityType).Value((int)request.EntityType.Value)));
            }

            var sortDescriptor = new SortDescriptor<SearchKey>();
            sortDescriptor = request.Sort == ESearchKey.Sort.Weight
                ? sortDescriptor.Field(f => f.Weight, SortOrder.Descending)
                : sortDescriptor.Field(f => f.ActiveDate, SortOrder.Descending);

            var searchResult = _elasticClient.Search<SearchKey>(a =>
                a.Index(typeof(SearchKey).GetRelationName())
                    .From(request.Size * request.Page)
                    .Size(request.Size)
                    .Query(q => q.Bool(b => b.Should(shouldQuerys).Must(mustQuerys).MinimumShouldMatch(minimumShouldMatch)))
                    .Sort(s => sortDescriptor));

            var apiResult = searchResult.GetApiResult<SearchKey, List<SearchKeyGetResponse>>();

            if (apiResult.Success)
                return apiResult;

            return ApiResult<List<SearchKeyGetResponse>>.IsSuccess("空集合数据");
        }

APM监控

   虽然在上面我做了足够的实现准备,但是对于上生产后的实际使用效果我还是希望有一个直观的体现。我之前写了一篇文章《.Net微服务实战之可观测性》很好叙述了该种情况,有兴趣的可以移步去看看。

  在之前公司做微服务的时候的APM选型我们使用了Skywalking,但是现在这家公司的运维没有接触过,但是对于Elastic Stack他相对比较熟悉,如同上文所说架构设计的输入核心为两点满足需求组织架构,秉着我的技术选型原则是基于团队架构,我们采用了Elastic APM + Kibana(7.4版本),如下图所示:

结尾

  最后上生产的时候也是平滑无损的切换到Elasticsearch,总体情况都十分满意。

  本篇文章的信息量作为作者的我也认为非常的多,非常感谢各位读者抽出您宝贵的时间阅读完,如果您对此篇文章有任何疑问,随时可以通过右上角的联系方式与我交流(QQ或者微信)。

 

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