Elasticsearch 的搜索功能

Elasticsearch 的搜索功能

建议阅读顺序：

  1. Elasticsearch 入门
  2. Elasticsearch 搜索（本文）

1. 介绍

使用 Elasticsearch 最终目的是为了实现搜索功能，现在先将文档添加到索引中，接下来完成搜索的方法。

查询的分类：

  1. 叶子查询：叶查询子句在特定字段中查找特定值，例如 match、term 或 range查询。
    1. 精确查询：根据精确词条值查找数据，一般是查找 keyword、数值、日期、boolean 等类型字段。例如：
      • ids：根据文档 ID 查找文档
      • range：返回包含指定范围内的文档，比如：查询年龄在 10 到 20 岁的学生信息。
      • term：根据精确值（例如价格、产品 ID 或用户名）查找文档。
    2. 全文检索查询：利用分词器对用户输入内容分词，然后去倒排索引库中匹配。例如：
      • match_query：对一个字段进行全文检索
      • multi_match_query：对多个字段进行全文检索
  2. 复合查询：以逻辑方式组合多个叶子查询或者更改叶子查询的行为方式。

1.1 精确查询

1.1.1 term

语法：

GET /{索引库名}/_search
{"query": {"term": {"字段名": {"value": "搜索条件"}}}
}

当输入的搜索条件不是词条，而是短语时，由于不做分词，反而搜索不到：

1.1.2 range

语法：

GET /{索引库名}/_search
{"query": {"range": {"字段名": {"gte": {最小值},"lte": {最大值}}}}
}

range 是范围查询，对于范围筛选的关键字有：

  • gte：大于等于
  • gt：大于
  • lte：小于等于
  • lt：小于

1.2 全文检索

会对搜索条件进行拆分。

1.2.1 match

语法：

GET /{索引库名}/_search
{"query": {"match": {"字段名": "搜索条件"}}
}
1.2.2 multi_match

同时对多个字段搜索，而且多个字段都要满足，语法：

GET /{索引库名}/_search
{"query": {"multi_match": {"query": "搜索条件","fields": ["字段1", "字段2"]}}
}

1.3 排序

语法：

GET /indexName/_search
{"query": {"match_all": {}},"sort": [{"排序字段": {"order": "排序方式asc和desc"}}]
}

如果按照商品价格排序：

GET /items/_search
{"query": {"match_all": {}},"sort": [ { "price": { "order": "desc" } } ]
}

1.4 分页查询

elasticsearch 默认情况下只返回 top10 的数据。而如果要查询更多数据就需要修改分页参数了。

elasticsearch 中通过修改 from、size 参数来控制要返回的分页结果：

  • from：从第几个文档开始
  • size：总共查询几个文档

语法：

GET /items/_search
{"query": {"match_all": {}},"from": 0, // 分页开始的位置，默认为0"size": 10,  // 每页文档数量，默认10"sort": [ { "price": { "order": "desc" } } ]
}

2. Java Client 实现搜索

2.1 准备

代码：

@SpringBootTest
public class SearchTest {@Autowiredprivate IItemService itemService;private RestClient restClient = null;private ElasticsearchTransport transport = null;private ElasticsearchClient esClient = null;{// 使用 RestClient 作为底层传输对象restClient = RestClient.builder(new HttpHost("192.168.101.68", 9200)).build();ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();objectMapper.registerModule(new JavaTimeModule());// 使用 Jackson 作为 JSON 解析器transport = new RestClientTransport(restClient, new JacksonJsonpMapper(objectMapper));}// 实现后续操作// TODO@BeforeEachpublic void searchTest() {// 创建客户端esClient = new ElasticsearchClient(transport);System.out.println(esClient);}@AfterEachpublic void close() throws IOException {transport.close();}}

后续代码放在代码的 TODO 处运行即可！！！

2.2 精准查询

2.2.1 Term 查询

根据 DSL 语句编写 java 代码：

GET /items/_search
{"query": {"term": {"category": { "value": "拉杆箱" }}}
}

代码：

@Test
public void testTermSearch() throws IOException {SearchResponse<ItemDoc> search = esClient.search(// 搜索索引s -> s.index("items").query(// 精准匹配q -> q.term(t -> t.field("category").value("牛奶"))),// 指定返回类型ItemDoc.class);handleResponse(search);
}
2.2.2 range 查询
GET /items/_search
{"query": {"range": {"price": { "gte": 100000, "lte": 20 }}}
}

代码：

@Test
public void testRangeSearch() throws IOException {SearchResponse<ItemDoc> search = esClient.search(// 搜索索引s -> s.index("items").query(// 范围匹配，price >= 100000 && price < 200000q -> q.range(t -> t.field("price").gte(JsonData.of(100000)).lt(JsonData.of(200000)))),// 指定返回类型ItemDoc.class);

2.3 全文检索

2.3.1 match 查询
GET /items/_search
{"query": {"match": {"name": "德国进口纯奶"}}
}

代码：

@Test
public void testMatchSearch() throws IOException {SearchResponse<ItemDoc> search = esClient.search(// 搜索索引s -> s.index("items").query(// 模糊匹配q -> q.match(// 在 name 字段中模糊匹配 "德国进口纯奶"t -> t.field("name").query("德国进口纯奶"))),// 返回值类型ItemDoc.class);handleResponse(search);
}
2.3.2 multi_match 查询
GET /items/_search
{"query": {"multi_match": {"query": "笔记本","fields": ["name", "category"]}}
}

代码：

@Test
public void testMultiMatchSearch() throws IOException {SearchResponse<ItemDoc> search = esClient.search(// 搜索索引s -> s.index("items").query(// 多字段模糊匹配q -> q.multiMatch(// 匹配字关键字t -> t.query("笔记本")// 匹配字段.fields("name", "category"))),// 指定返回类型ItemDoc.class);handleResponse(search);
}

2.4 排序和分页

GET /items/_search
{"query": {"multi_match": {"query": "绿色拉杆箱","fields": ["name","category"]}},"sort": [{ "price": { "order": "asc" } }],"size": 20,"from": 0
}

代码：

@Test
public void testSortSearch() throws IOException {SearchResponse<ItemDoc> search = esClient.search(// 搜索索引s -> s.index("items")// 查询条件.query(q -> q.multiMatch(// 匹配字段m -> m.query("绿色拉杆箱").fields("name", "category")))// 排序规则.sort(s1 -> s1.field(// 排序字段f -> f.field("price")// 排序规则.order(SortOrder.Desc)))// 分页.from(0).size(10),// 指定返回类型ItemDoc.class);handleResponse(search);
}

3. 复合查询

3.1 布尔查询

bool 查询，即布尔查询。就是利用逻辑运算来组合一个或多个查询子句的组合。bool 查询支持的逻辑运算有：

  1. must：必须匹配每个子查询，类似 “与”；
  2. should：选择性匹配子查询，类似 “或”；
  3. must_not：必须不匹配，不参与算分，类似 “非”；
  4. filter：必须匹配，不参与算分。

举例：

GET /items/_search
{"query": {"bool": {"must": [ {"match": {"name": "手机"}} ],"should": [{"term": {"brand": { "value": "vivo" }}},{"term": {"brand": { "value": "小米" }}}],"must_not": [{"range": {"price": {"gte": 2500}}}]}},"sort": [ { "brand": { "order": "desc" } } ]
}

说明：

  1. 必须条件（must）：
    1. 文档的 name 字段必须包含“手机”。
  2. 可选条件（should）：
    1. 文档的 brand 字段应该是 “vivo” 或者 “小米”。只要满足其中一个条件即可。
  3. 排除条件（must_not）：
    1. 文档的 price 字段不能大于等于 2500 元。
  4. 过滤条件（filter）：
    1. 文档的 price 字段必须小于等于 1000 元。

当 should 与 must、must_not 同时使用时 should 会失效，需要指定 minimum_should_match。

3.2 尽量使用 filter

出于性能考虑，与搜索关键字无关的查询尽量采用 must_not 或 filter 逻辑运算，避免参与相关性算分（如：下拉菜单、多级菜单等）。

比如，要搜索 手机，但品牌必须是 华为，价格必须是 900~1599，那么可以这样写：

GET /items/_search
{"query": {"bool": {"must": [{"match": {"name": "手机"}}],"filter": [{"term": {"brand": { "value": "华为" }}},{"range": {"price": {"gte": 90000, "lte": 159900}}}]}}
}

3.3 Java Client

@Test
void testBoolQuery() throws Exception {//构建请求SearchRequest.Builder builder = new SearchRequest.Builder();//设置索引builder.index("items");//设置查询条件SearchRequest.Builder searchRequestBuilder = builder.query(// bool 查询，多条件匹配q -> q.bool(// must 连接b -> b.must(m -> m.match(// name 检索mm -> mm.field("name").query("手机"))).should(s1 -> s1.term( t -> t.field("brand").value("小米"))).should(s1 -> s1.term(t -> t.field("brand").value("vivo"))).minimumShouldMatch("1")))// 排序·.sort(sort -> sort.field(f -> f.field("brand").order(SortOrder.Asc)));SearchRequest build = searchRequestBuilder.build();//执行请求SearchResponse<ItemDoc> searchResponse = esClient.search(build, ItemDoc.class);//解析结果handleResponse(searchResponse);
}

4. 高亮显示

4.1 高亮显示原理

什么是高亮显示呢？

我们在百度，京东搜索时，关键字会变成红色，比较醒目，这叫高亮显示。

观察页面源码，你会发现两件事情：

  • 高亮词条都被加了 <em> 标签
  • <em> 标签都添加了红色样式

因此实现高亮的思路就是：

  • 用户输入搜索关键字搜索数据
  • 服务端根据搜索关键字到 elasticsearch 搜索，并给搜索结果中的关键字词条添加 html 标签
  • 前端提前给约定好的 html 标签添加 CSS 样式

4.2 实现高亮

语法：

GET /{索引库名}/_search
{"query": {"match": {"搜索字段": "搜索关键字"}},"highlight": {"fields": {"高亮字段名称": {"pre_tags": "<em>","post_tags": "</em>"}},"require_field_match": "true"}
}

注意：

  • 搜索必须有查询条件，而且是全文检索类型的查询条件，例如 match；
  • 参与高亮的字段必须是 text 类型的字段；
  • 默认情况下参与高亮的字段要与搜索字段一致，除非添加：required_field_match = false。

代码：

@Test
public void testHighLightSearch() throws Exception {SearchResponse<ItemDoc> search = esClient.search(// 搜索索引s -> s.index("items").query(// 匹配字段q -> q.match(// 匹配字段m -> m.field("name").query("笔记本")))// 高亮.highlight(h -> h.fields("name",	 f -> f)// 高亮标签，前后缀.preTags("<b style='color:red'>").postTags("</b>")//.requireFieldMatch(false)),ItemDoc.class);long total = search.hits().total().value();System.out.println("total = " + total);List<Hit<ItemDoc>> hits = search.hits().hits();hits.forEach(hit -> {ItemDoc source = hit.source();// 高亮数据Map<String, List<String>> highlight = hit.highlight();List<String> highlightName = highlight.get("name");if(highlightName != null && !highlightName.isEmpty()){String s = highlightName.get(0);source.setName(s);System.out.println("s = " + s);}});
}

5. 数据聚合

5.1 介绍

聚合（aggregations）可以让我们极其方便的实现对数据的统计、分析、运算。

应用场景：

  1. 对数据进行统计
  2. 在搜索界面显示符合条件的品牌、分类、规格等信息

聚合常见的有三类：

  1. 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
  1. 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
  1. 管道（pipeline）聚合：其它聚合的结果为基础做进一步运算

5.2 Bucket 聚合

5.2.1 语法

例如我们要统计所有商品中共有哪些商品分类，其实就是以分类（category）字段对数据分组。category 值一样的放在同一组，属于 Bucket 聚合中的 Term 聚合。

基本语法如下：

GET /items/_search
{"size": 0, "aggs": {"category_agg": {"terms": {"field": "category","size": 20,"order": { "_count": "desc" }}}}
}

属性说明：

aggregations：定义聚合

  • category_agg：聚合名称，自定义，但不能重复

    • terms：聚合的类型，按分类聚合，所以用term

      • field：参与聚合的字段名称

      • size：希望返回的聚合结果的最大数量

        设置 size 为 0，查询 0 条数据即结果中不包含文档，只包含聚合

      • order：对聚合结果排序

5.2.2 多级聚合

同时对品牌分组统计，此时需要按分类统计，按品牌统计，这时需要定义多个桶，如下：

GET /items/_search
{"size": 0, "aggs": {"category_agg": {"terms": { "field": "category", "size": 20 }},"brand_agg":{"terms": { "field": "brand", "size": 20 }}}
}

现在需要统计同一分类下的不同品牌的商品数量，这时就需要对桶内的商品二次聚合，如下：

GET /items/_search
{"aggs" : {"category_agg" : {"aggs" : {"brand_agg" : {"terms" : { "field" : "brand", "size" : 20 }}},"terms" : { "field" : "category", "size" : 20 }}},"size" : 0
}

5.3 带条件聚合

默认情况下，Bucket 聚合是对索引库的所有文档做聚合，例如我们统计商品中所有的品牌，结果如下：


可以看到统计出的品牌非常多。

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。

例如，我想知道价格高于 3000 元的手机品牌有哪些，该怎么统计呢？

语法如下：

增加 "query" 标签。

GET /items/_search
{"query": {"bool": {"filter": [{ "term": { "category": "手机" } },{ "range": { "price": { "gte": 300000 } } }]}}, "size": 0, "aggs": { "brand_agg": { "terms": { "field": "brand", "size": 20 } } }
}

5.4 Metric 聚合

统计了价格高于 3000 的手机品牌，形成了一个个桶。现在我们需要对桶内的商品做运算，获取每个品牌价格的最小值、最大值、平均值。

语法：

GET /items/_search
{"query": {"bool": {"filter": [{ "term": { "category": "手机" } },{ "range": { "price": { "gte": 300000 } } }]}}, "size": 0, "aggs": {"brand_agg": {"terms": {"field": "brand","size": 20,"order": { "stats_metric.avg": "desc" }},"aggs": { "stats_metric": { "stats": { "field": "price" } } }}}
}

属性说明：

stats_meric：聚合名称，自定义名称

  • stats：聚合类型，stats 是 metric 聚合的一种
    • field：聚合字段，这里选择 price，统计价格

另外，我们还可以让聚合按照每个品牌的价格平均值排序：

5.5 Java Client

参考 DSL 语句编写 Java Client 代码

@Test
void testAggs() throws Exception {//构建请求SearchRequest.Builder builder = new SearchRequest.Builder();//设置索引名builder.index("items");//设置查询条件builder.query(q -> q.bool(b -> b.filter(f -> f.term(t -> t.field("category").value("手机"))).filter(f -> f.range(r -> r.field("price").gte(JsonData.of(3000))))));//设置返回数量builder.size(0);//设置聚合builder.aggregations("brand_agg", a -> a.terms(t -> t.field("brand").size(10).order(NamedValue.of("stats_metric.avg", SortOrder.Desc))).aggregations("stats_metric", a1 -> a1.stats(s -> s.field("price"))));SearchRequest build = builder.build();//执行请求SearchResponse<ItemDoc> searchResponse = esClient.search(build, ItemDoc.class);//解析出聚合结果Aggregate brandAgg = searchResponse.aggregations().get("brand_agg");brandAgg.sterms().buckets().array().forEach(bucket -> {String key = bucket.key().stringValue();Long docCount = bucket.docCount();StatsAggregate statsMetric = bucket.aggregations().get("stats_metric").stats();//平均价格Double avg = statsMetric.avg();//最大价格Double max = statsMetric.max();//最小价格Double min = statsMetric.min();log.info("品牌:{},商品数量:{},平均价格:{},最大价格:{},最小价格:{}", key, docCount, avg, max, min);});
}

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