Elasticsearch 聚合数据结果不精确,怎么破?_铭毅天下的博客

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1、实战开发遇到聚合问题

请教一个问题,ES 在聚合的时候发生了一个奇怪的现象聚合的语句里面size设置为10和大于10导致聚合的数量不一致,这个size不就是返回的条数吗?会影响统计结果吗?dsl语句摘要(手机敲不方便,双引号就不写了):

aggs:{topcount:{terms:{field:xx,size:10}}}

就是这个size,设置10和大于10将会导致聚合结果不一样,难道是es5.x的bug吗?

以上是实战中的真实问题,基于这个问题,有了本篇文章。

本文探讨的聚合主要指:terms 分桶聚合。下图为分桶 terms 聚合示意图。

从一堆多分类的产品中聚合出 TOP 3 的产品分类和数量。TOP3 结果:

产品 Y:4
产品 X:3
产品 Z:2

2、前提认知:Elasticsearch terms 分桶聚合结果是不精确的

2.1 Elasticsearch 分片 和 副本

Elasticsearch 索引由一个或多个主分片以及零个或者多个副本分片组成。

索引的大小超过了单个节点的硬件限制,分片就可以解决。

分片包含索引数据的一个子集,并且本身具有完全的功能和独立性,你可以将分片视为“独立索引”。

分片的核心要义

  • 分片可以拆分并扩展数据量。

    如果数据量不断增加,将会遇到存储瓶颈。举例:有1TB的数据,但只有两个节点(单节点512GB存储)?单独无法存储,切分分片后,问题游刃有余的解决。

  • 操作可以分布在多个节点上,从而可以并行化提高性能。

主分片:写入过程先写主分片,写入成功后再写入副本分片,恢复阶段也以主分片为主。

副本分片的目的:

  • 在节点或分片发生故障时提供高可用性。

副本分片永远不会分配给与主分片相同的节点。

  • 提高搜索查询的性能。

因为可以在所有主、副本上并行执行搜索、聚合操作。

2.2 分片的分配机制

Elasticsearch 如何知道要在哪个分片上存储新文档,以及在通过 ID 检索它时如何找到它?

默认情况下,文档应在节点之间平均分配,这样就不会有一个分片包含的文档比另一个分片多非常多。

确定给定文档应存储在哪个分片的机制称为:路由

为了使 Elasticsearch 尽可能易于使用,默认情况下会自动处理路由,并且大多数用户不需要手动 reroute 处理它。

Elasticsearch 使用如下图的简单的公式来确定适当的分片。

shard = hash(routing) % total_primary_shards
  • routing: 文档 id,可以自己指定或者系统生成 UUID。

  • total_primary_shards:主分片数。

这里推演一道面试题:一旦创建索引后,为什么无法更改索引的主分片数量

考虑如上路由公式,我们就可以找到答案。

如果我们要更改分片的数量,那么对于文档,运行路由公式的结果将发生变化。

假设:设置有 5 个分片时文档已存储在分片 A 上,因为那是当时路由公式的结果。

后面我们将主分片更改为7个,如果再尝试通过ID查找文档,则路由公式的结果可能会有所不同。

现在,即使文档实际上存储在Shard A上,该公式也可能会路由到ShardB。这意味着永远不会找到该文档。

以此可以得出:主分片创建后不能更改的结论。

较真的同学,看到这里可能会说:不是还有 Split 切分分片和 Shrink 压缩分片机制吗?

毕竟Split 和 Shrink  对分片的处理是有条件的(如:都需要先将分片设置为只读)。

所以,长远角度还是建议:提前根据容量规模和增量规模规划好主分片个数。

2.3 Elasticsearch 如何检索 / 聚合数据?

接收客户端请求的节点为:协调节点。如下图中的节点 1 。

在协调节点,搜索任务被分解成两个阶段:query 和 fetch 。

真正搜索或者聚合任务的节点称为:数据节点。如下图中的:节点 2、3、4。

聚合步骤:

  • 客户端发送请求到协调节点。

  • 协调节点将请求推送到各数据节点。

  • 各数据节点指定分片参与数据汇集工作。

  • 协调节点进行总结果汇集。

2.4 示例说明 聚合结果不精确

集群:3个节点,3个主分片,每个分片有5个产品的数据。用户期望返回Top 3结果如下:

产品X:40
产品A:40
产品Y:35

用户执行如下 terms 聚合,期望返回集群 prodcuts 索引Top3 结果。

POST products/_search
{
  "size":0,
  "aggs": {
    "product_aggs": {
      "terms": {
        "field":"name.keyword",
        "size":3
      }
    }
  }
}

实际执行如下图所示:各节点的分片:取自己的Top3 返回给协调节点。协调节点汇集后结果为:

产品Y:35, 
产品X: 35,
产品A:30。

这就产生了实际聚合结果和预期聚合结果不一致,也就是聚合结果不精确。

导致聚合不精确的原因分析:

  • 效率因素:每个分片的取值Top X,并不是汇总全部的 TOP X。

  • 性能因素:ES 可以不每个分片Top X,而是全量聚合,但势必这会有很大的性能问题。

3、如何提高聚合精确度?

思考题——terms 聚合中的 size 和 shard_size 有什么区别?

  • size:是聚合结果的返回值,客户期望返回聚合排名前三,size值就是 3。

  • shard_size: 每个分片上聚合的数据条数。shard_size 原则上要大于等于 size(若设置小于size,实则没有意义,elasticsearch 会默认置为size)

请求的size值越高,结果将越准确,但计算最终结果的成本也将越高。

那到底如何提供聚合精准度呢?这里提供了四种方案供参考:

方案1:设置主分片为1

注意7.x版本已经默认为1。

适用场景:数据量小小集群规模业务场景。

方案2:调大 shard_size 值

设置 shard_size 为比较大的值,官方推荐:size*1.5+10

适用场景:数据量大、分片数多的集群业务场景。

shard_size 值越大,结果越趋近于精准聚合结果值。

此外,还可以通过show_term_doc_count_error参数显示最差情况下的错误值,用于辅助确定 shard_size 大小。

方案3:将size设置为全量值,来解决精度问题

将size设置为2的32次方减去1也就是分片支持的最大值,来解决精度问题。

原因:1.x版本,size等于 0 代表全部,高版本取消 0 值,所以设置了最大值(大于业务的全量值)。

全量带来的弊端就是:如果分片数据量极大,这样做会耗费巨大的CPU 资源来排序,而且可能会阻塞网络。

适用场景:对聚合精准度要求极高的业务场景,由于性能问题,不推荐使用。

方案4:使用Clickhouse 进行精准聚合

在星球微信群里,张超大佬指出:分析系统里跑全量的 group by 我觉得是合理的需求, clickhouse很擅长做这种事,es如果不在这方面加强,分析场景很多会被 clickhouse替掉。

腾讯大佬指出:聚合这块比较看场景。因为我这边有一些业务是做聚合,也就是 olap 场景,多维分析,ES并不是特别擅长。如果有丰富的多维分析场景,还有比较高的性能要求。我建议可以调研下clickhouse。我们这边测评过开源和内部的 大部分场景 clickhouse 几十亿的级别,基本也在秒级返回甚至毫秒级。

此外,除了 chlickhouse, spark也有类似聚合的功能。

适用场景:数据量非常大、聚合精度要求高、响应速度快的业务场景。

4、小结

回到开头提到的问题,设置10和大于10将会导致聚合结果不一样是由于 Elasticsearch 聚合实现机制决定的,不是Bug。Elasticsearch本身不提供精准分桶聚合。要提高聚合精度,参考文章提到的几种方案。

大家有更好的精度提升方案,欢迎留言交流。


参考:

https://codingexplained.com/coding/elasticsearch/understanding-sharding-in-elasticsearch

https://codingexplained.com/coding/elasticsearch/understanding-replication-in-elasticsearch

https://medium.com/swlh/does-elasticsearch-lie-how-does-elasticsearch-work-f2d4e2bf92c9

https://t.zsxq.com/v7i27ma、

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本文来自:CSDN博客

感谢作者:CSDN博客

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