深入理解ElasticSearch（四）映射和分析
2018-03-19 14:04
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映射和分析
当做索引里面的数据时，发现一些奇怪的事情。一些事情看起来被打乱了：在我们的索引中有12条推文，其中只有一条包含日期 2014-09-15 ，但是看一看下面查询命中的 总数 （total）：GET /_search?q=2014 # 12 results GET /_search?q=2014-09-15 # 12 results ! GET /_search?q=date:2014-09-15 # 1 result GET /_search?q=date:2014 # 0 results !
为什么在 _all 字段查询日期返回所有推文，而在 date 字段只查询年份却没有返回结果？为什么我们在 _all 字段和 date 字段的查询结果有差别？
推测起来，这是因为数据在 all 字段与 data 字段的索引方式不同。所以，通过请求 gb 索引中 tweet 类型的映射_（或模式定义），让我们看一看 Elasticsearch 是如何解释我们文档结构的：
GET /gb/_mapping/tweet
这将得到如下结果：
{
"gb": {
"mappings": {
"tweet": {
"properties": {
"date": {
"type": "date",
"format": "strict_date_optional_time||epoch_millis"
},
"name": {
"type": "string"
},
"tweet": {
"type": "string"
},
"user_id": {
"type": "long"
}
}
}
}
}
}基于对字段类型的猜测， Elasticsearch 动态为我们产生了一个映射。这个响应告诉我们 date 字段被认为是 date 类型的。由于 _all 是默认字段，所以没有提及它。但是我们知道 _all 字段是 string 类型的。
所以 date 字段和 string 字段 索引方式不同，因此搜索结果也不一样。这完全不令人吃惊。你可能会认为 核心数据类型 strings、numbers、Booleans 和 dates 的索引方式有稍许不同。没错，他们确实稍有不同。
但是，到目前为止，最大的差异在于 代表 精确值 （它包括 string 字段）的字段和代表 全文 的字段。这个区别非常重要——它将搜索引擎和所有其他数据库区别开来。
1、精确值 VS 全文
Elasticsearch 中的数据可以概括的分为两类：精确值和全文。精确值 如它们听起来那样精确。例如日期或者用户 ID，但字符串也可以表示精确值，例如用户名或邮箱地址。对于精确值来讲，Foo 和 foo 是不同的，2014 和 2014-09-15 也是不同的。
另一方面，全文 是指文本数据（通常以人类容易识别的语言书写），例如一个推文的内容或一封邮件的内容
精确值很容易查询。结果是二进制的：要么匹配查询，要么不匹配。这种查询很容易用 SQL 表示：
WHERE name = "John Smith" AND user_id = 2 AND date > "2014-09-15"
查询全文数据要微妙的多。我们问的不只是“这个文档匹配查询吗”，而是“该文档匹配查询的程度有多大？”换句话说，该文档与给定查询的相关性如何？
我们很少对全文类型的域做精确匹配。相反，我们希望在文本类型的域中搜索。不仅如此，我们还希望搜索能够理解我们的 意图 ：
搜索 UK ，会返回包含 United Kindom 的文档。
搜索 jump ，会匹配 jumped ， jumps ， jumping ，甚至是 leap 。
搜索 johnny walker 会匹配 Johnnie Walker ， johnnie depp 应该匹配 Johnny Depp 。
fox news hunting 应该返回福克斯新闻（ Foxs News ）中关于狩猎的故事，同时， fox hunting news 应该返回关于猎狐的故事。
为了促进这类在全文域中的查询，Elasticsearch 首先 分析 文档，之后根据结果创建 倒排索引 。在接下来的两节，我们会讨论倒排索引和分析过程。
2、倒排索引
Elasticsearch 使用一种称为 倒排索引 的结构，它适用于快速的全文搜索。一个倒排索引由文档中所有不重复词的列表构成，对于其中每个词，有一个包含它的文档列表。例如，假设我们有两个文档，每个文档的 content 域包含如下内容：
1、The quick brown fox jumped over the lazy dog
2、Quick brown foxes leap over lazy dogs in summer
为了创建倒排索引，我们首先将每个文档的 content 域拆分成单独的 词（我们称它为 词条 或 tokens ），创建一个包含所有不重复词条的排序列表，然后列出每个词条出现在哪个文档。结果如下所示：
Term Doc_1 Doc_2 ------------------------- Quick | | X The | X | brown | X | X dog | X | dogs | | X fox | X | foxes | | X in | | X jumped | X | lazy | X | X leap | | X over | X | X quick | X | summer | | X the | X | ------------------------
现在，如果我们想搜索 quick brown ，我们只需要查找包含每个词条的文档：
Term Doc_1 Doc_2 ------------------------- brown | X | X quick | X | ------------------------ Total | 2 | 1
两个文档都匹配，但是第一个文档比第二个匹配度更高。如果我们使用仅计算匹配词条数量的简单 相似性算法 ，那么，我们可以说，对于我们查询的相关性来讲，第一个文档比第二个文档更佳。
但是，我们目前的倒排索引有一些问题：
Quick 和 quick 以独立的词条出现，然而用户可能认为它们是相同的词。
fox 和 fo
4000
xes 非常相似, 就像 dog 和 dogs ；他们有相同的词根。
jumped 和 leap, 尽管没有相同的词根，但他们的意思很相近。他们是同义词。
使用前面的索引搜索 +Quick +fox 不会得到任何匹配文档。（记住，+ 前缀表明这个词必须存在。）只有同时出现 Quick 和 fox 的文档才满足这个查询条件，但是第一个文档包含 quick fox ，第二个文档包含 Quick foxes 。
我们的用户可以合理的期望两个文档与查询匹配。我们可以做的更好。
如果我们将词条规范为标准模式，那么我们可以找到与用户搜索的词条不完全一致，但具有足够相关性的文档。例如：
Quick 可以小写化为 quick 。
foxes 可以 词干提取 –变为词根的格式– 为 fox 。类似的， dogs 可以为提取为 dog 。
jumped 和 leap 是同义词，可以索引为相同的单词 jump 。
现在索引看上去像这样：
Term Doc_1 Doc_2 ------------------------- brown | X | X dog | X | X fox | X | X in | | X jump | X | X lazy | X | X over | X | X quick | X | X summer | | X the | X | X ------------------------
这还远远不够。我们搜索 +Quick +fox 仍然 会失败，因为在我们的索引中，已经没有 Quick 了。但是，如果我们对搜索的字符串使用与 content 域相同的标准化规则，会变成查询 +quick +fox ，这样两个文档都会匹配！
3、分析与分析器
分析 包含下面的过程：首先，将一块文本分成适合于倒排索引的独立的 词条 ，
之后，将这些词条统一化为标准格式以提高它们的“可搜索性”，或者 recall
分析器执行上面的工作。 分析器 实际上是将三个功能封装到了一个包里：
字符过滤器
首先，字符串按顺序通过每个 字符过滤器 。他们的任务是在分词前整理字符串。一个字符过滤器可以用来去掉HTML，或者将 & 转化成
and。
分词器
其次，字符串被 分词器 分为单个的词条。一个简单的分词器遇到空格和标点的时候，可能会将文本拆分成词条。
Token 过滤器
最后，词条按顺序通过每个 token 过滤器 。这个过程可能会改变词条（例如，小写化 Quick ），删除词条（例如， 像 a
，and
，the 等无用词），或者增加词条（例如，像 jump 和 leap 这种同义词）。
Elasticsearch提供了开箱即用的字符过滤器、分词器和token 过滤器。 这些可以组合起来形成自定义的分析器以用于不同的目的。我们会在 自定义分析器 章节详细讨论。
3.1、内置分析器
但是， Elasticsearch还附带了可以直接使用的预包装的分析器。 接下来我们会列出最重要的分析器。为了证明它们的差异，我们看看每个分析器会从下面的字符串得到哪些词条："Set the shape to semi-transparent by calling set_trans(5)"
标准分析器
标准分析器是Elasticsearch默认使用的分析器。它是分析各种语言文本最常用的选择。它根据 Unicode 联盟 定义的 单词边界 划分文本。删除绝大部分标点。最后，将词条小写。它会产生
set, the, shape, to, semi, transparent, by, calling, set_trans, 5
简单分析器
简单分析器在任何不是字母的地方分隔文本，将词条小写。它会产生
set, the, shape, to, semi, transparent, by, calling, set, trans
空格分析器
空格分析器在空格的地方划分文本。它会产生
Set, the, shape, to, semi-transparent, by, calling, set_trans(5)
语言分析器
特定语言分析器可用于 很多语言。它们可以考虑指定语言的特点。例如， 英语 分析器附带了一组英语无用词（常用单词，例如 and 或者 the ，它们对相关性没有多少影响），它们会被删除。 由于理解英语语法的规则，这个分词器可以提取英语单词的 词干 。
英语 分词器会产生下面的词条：
set, shape, semi, transpar, call, set_tran, 5
注意看 transparent
、calling 和 set_trans 已经变为词根格式。
3.2、什么时候使用分析器
当我们 索引 一个文档，它的全文域被分析成词条以用来创建倒排索引。 但是，当我们在全文域 搜索 的时候，我们需要将查询字符串通过 相同的分析过程 ，以保证我们搜索的词条格式与索引中的词条格式一致。全文查询，理解每个域是如何定义的，因此它们可以做 正确的事：
当你查询一个 全文 域时， 会对查询字符串应用相同的分析器，以产生正确的搜索词条列表。
当你查询一个 精确值 域时，不会分析查询字符串， 而是搜索你指定的精确值。
现在你可以理解在 开始章节 的查询为什么返回那样的结果：
date 域包含一个精确值：单独的词条
2014-09-15。
_all 域是一个全文域，所以分词进程将日期转化为三个词条：
2014，
09， 和
15。
当我们在 _all 域查询 2014
，它匹配所有的12条推文，因为它们都含有2014 ：
GET /_search?q=2014 # 12 results
当我们在 _all 域查询 2014-09-15
，它首先分析查询字符串，产生匹配2014
，09
， 或15 中 任意 词条的查询。这也会匹配所有12条推文，因为它们都含有 2014 ：
GET /_search?q=2014-09-15 # 12 results !
当我们在 date 域查询
2014-09-15，它寻找 精确 日期，只找到一个推文：
GET /_search?q=date:2014-09-15 # 1 result
当我们在 date 域查询
2014，它找不到任何文档，因为没有文档含有这个精确日志：
GET /_search?q=date:2014 # 0 results !
3.3、测试分析器
有些时候很难理解分词的过程和实际被存储到索引中的词条，特别是你刚接触 Elasticsearch。为了理解发生了什么，你可以使用 analyze API 来看文本是如何被分析的。在消息体里，指定分析器和要分析的文本：GET /_analyze
{
"analyzer": "standard",
"text": "Text to analyze"
}结果中每个元素代表一个单独的词条：
{
"tokens": [
{
"token": "text",
"start_offset": 0,
"end_offset": 4,
"type": "<ALPHANUM>",
"position": 1
},
{
"token": "to",
"start_offset": 5,
"end_offset": 7,
"type": "<ALPHANUM>",
"position": 2
},
{
"token": "analyze",
"start_offset": 8,
"end_offset": 15,
"type": "<ALPHANUM>",
"position": 3
}
]
}token 是实际存储到索引中的词条。 position 指明词条在原始文本中出现的位置。 start_offset 和 end_offset 指明字符在原始字符串中的位置。
analyze API 是一个有用的工具，它有助于我们理解Elasticsearch索引内部发生了什么，随着深入，我们会进一步讨论它。
3.4、指定分析器
当Elasticsearch在你的文档中检测到一个新的字符串域 ，它会自动设置其为一个全文 字符串 域，使用 标准 分析器对它进行分析。你不希望总是这样。可能你想使用一个不同的分析器，适用于你的数据使用的语言。有时候你想要一个字符串域就是一个字符串域–不使用分析，直接索引你传入的精确值，例如用户ID或者一个内部的状态域或标签。
要做到这一点，我们必须手动指定这些域的映射。
4、 复杂核心域类型 »
映射为了能够将时间域视为时间，数字域视为数字，字符串域视为全文或精确值字符串， Elasticsearch 需要知道每个域中数据的类型。这个信息包含在映射中。
如 数据输入和输出 中解释的， 索引中每个文档都有 类型 。每种类型都有它自己的 映射 ，或者 模式定义 。映射定义了类型中的域，每个域的数据类型，以及Elasticsearch如何处理这些域。映射也用于配置与类型有关的元数据。
4.1、核心简单域类型
Elasticsearch 支持 如下简单域类型：字符串: string
整数 : byte, short, integer, long
浮点数: float, double
布尔型: boolean
日期: date
当你索引一个包含新域的文档–之前未曾出现– Elasticsearch 会使用 动态映射 ，通过JSON中基本数据类型，尝试猜测域类型，使用如下规则
| JSON type | 域 type |
|---|---|
| 布尔型: true 或者 false | boolean |
| 整数: 123 | long |
| 浮点数: 123.45 | double |
| 字符串，有效日期: 2014-09-15 | date |
| 字符串: foo bar | string |
这意味着如果你通过引号( “123” )索引一个数字，它会被映射为 string 类型，而不是 long 。但是，如果这个域已经映射为 long ，那么 Elasticsearch 会尝试将这个字符串转化为 long ，如果无法转化，则抛出一个异常。
4.2、查看映射
通过 /_mapping ，我们可以查看 Elasticsearch 在一个或多个索引中的一个或多个类型的映射 。在 开始章节 ，我们已经取得索引 gb 中类型 tweet 的映射：GET /gb/_mapping/tweet
Elasticsearch 根据我们索引的文档，为域(称为 属性 )动态生成的映射。
{
"gb": {
"mappings": {
"tweet": {
"properties": {
"date": {
"type": "date",
"format": "strict_date_optional_time||epoch_millis"
},
"name": {
"type": "string"
},
"tweet": {
"type": "string"
},
"user_id": {
"type": "long"
}
}
}
}
}
}4.3、自定义域映射
尽管在很多情况下基本域数据类型 已经够用，但你经常需要为单独域自定义映射 ，特别是字符串域。自定义映射允许你执行下面的操作：全文字符串域和精确值字符串域的区别
使用特定语言分析器
优化域以适应部分匹配
指定自定义数据格式
还有更多
域最重要的属性是 type 。对于不是 string 的域，你一般只需要设置 type ：
{
"number_of_clicks": {
"type": "integer"
}
}默认， string 类型域会被认为包含全文。就是说，它们的值在索引前，会通过 一个分析器，针对于这个域的查询在搜索前也会经过一个分析器。
string 域映射的两个最重要 属性是 index 和 analyzer 。
index
index 属性控制怎样索引字符串。它可以是下面三个值：
1、analyzed
首先分析字符串，然后索引它。换句话说，以全文索引这个域。
2、not_analyzed
索引这个域，所以可以搜索到它，但索引指定的精确值。不对它进行分析。
3、no
Don’t index this field at all不索引这个域。这个域不会被搜索到。
string 域 index 属性默认是 analyzed 。如果我们想映射这个字段为一个精确值，我们需要设置它为 not_analyzed ：
{
"tag": {
"type": "string",
"index": "not_analyzed"
}
}analyzer
对于 analyzed 字符串域，用 analyzer 属性指定在搜索和索引时使用的分析器。默认， Elasticsearch 使用 standard 分析器， 但你可以指定一个内置的分析器替代它，例如 whitespace 、 simple 和
english：
{
"tweet": {
"type": "string",
"analyzer": "english"
}
}4.4、更新映射
当你首次 创建一个索引的时候，可以指定类型的映射。你也可以使用 /_mapping 为新类型（或者为存在的类型更新映射）增加映射。尽管你可以 增加_ 一个存在的映射，你不能 _修改 存在的域映射。如果一个域的映射已经存在，那么该域的数据可能已经被索引。如果你意图修改这个域的映射，索引的数据可能会出错，不能被正常的搜索。
我们可以更新一个映射来添加一个新域，但不能将一个存在的域从 analyzed 改为 not_analyzed 。
为了描述指定映射的两种方式，我们先删除 gd 索引：
DELETE /gb
然后创建一个新索引，指定 tweet 域使用 english 分析器：
PUT /gb
{
"mappings": {
"tweet" : {
"properties" : {
"tweet" : {
"type" : "string",
"analyzer": "english"
},
"date" : {
"type" : "date"
},
"name" : {
"type" : "string"
},
"user_id" : {
"type" : "long"
}
}
}
}
}通过消息体中指定的 mappings 创建了索引。
稍后，我们决定在 tweet 映射增加一个新的名为 tag 的 not_analyzed 的文本域，使用 _mapping ：
PUT /gb/_mapping/tweet
{
"properties" : {
"tag" : {
"type" : "string",
"index": "not_analyzed"
}
}
}注意，我们不需要再次列出所有已存在的域，因为无论如何我们都无法改变它们。新域已经被合并到存在的映射中。
4.5、测试映射
你可以使用 analyze API 测试字符串域的映射。比较下面两个请求的输出：GET /gb/_analyze
{
"field": "tweet",
"text": "Black-cats"
}
GET /gb/_analyze
{
"field": "tag",
"text": "Black-cats"
}消息体里面传输我们想要分析的文本。
tweet 域产生两个词条 black 和 cat ， tag 域产生单独的词条 Black-cats 。换句话说，我们的映射正常工作。
5、复杂核心域类型
除了我们提到的简单标量数据类型， JSON 还有 null 值，数组，和对象，这些 Elasticsearch 都是支持的。5.1、多值域
很有可能，我们希望 tag 域 包含多个标签。我们可以以数组的形式索引标签：{ "tag": [ "search", "nosql" ]}对于数组，没有特殊的映射需求。任何域都可以包含0、1或者多个值，就像全文域分析得到多个词条。
这暗示 数组中所有的值必须是相同数据类型的 。你不能将日期和字符串混在一起。如果你通过索引数组来创建新的域，Elasticsearch 会用数组中第一个值的数据类型作为这个域的 类型 。
注意：
当你从 Elasticsearch 得到一个文档，每个数组的顺序和你当初索引文档时一样。你得到的 _source 域，包含与你索引的一模一样的 JSON 文档。
但是，数组是以多值域 索引的—可以搜索，但是无序的。 在搜索的时候，你不能指定 “第一个” 或者 “最后一个”。 更确切的说，把数组想象成 装在袋子里的值 。
5.2、空域
当然，数组可以为空。 这相当于存在零值。 事实上，在 Lucene 中是不能存储 null 值的，所以我们认为存在 null 值的域为空域。下面三种域被认为是空的，它们将不会被索引：
"null_value": null, "empty_array": [], "array_with_null_value": [ null ]
5.3、多层级对象
我们讨论的最后一个 JSON 原生数据类是 对象 – 在其他语言中称为哈希，哈希 map，字典或者关联数组。内部对象 经常用于 嵌入一个实体或对象到其它对象中。例如，与其在 tweet 文档中包含 user_name 和 user_id 域，我们也可以这样写：
{
"tweet": "Elasticsearch is very flexible",
"user": {
"id": "@johnsmith",
"gender": "male",
"age": 26,
"name": {
"full": "John Smith",
"first": "John",
"last": "Smith"
}
}
}5.4、内部对象的映射
Elasticsearch 会动态 监测新的对象域并映射它们为 对象 ，在 properties 属性下列出内部域：{
"gb": {
"tweet": {
"properties": {
"tweet": { "type": "string" },
"user": {
"type": "object",
"properties": {
"id": { "type": "string" },
"gender": { "type": "string" },
"age": { "type": "long" },
"name": {
"type": "object",
"properties": {
"full": { "type": "string" },
"first": { "type": "string" },
"last": { "type": "string" }
}
}
}
}
}
}
}
}user 和 name 域的映射结构与 tweet 类型的相同。事实上， type 映射只是一种特殊的 对象 映射，我们称之为 根对象 。除了它有一些文档元数据的特殊顶级域，例如 _source 和 _all 域，它和其他对象一样。
5.5、内部对象是如何索引的
Lucene 不理解内部对象。 Lucene 文档是由一组键值对列表组成的。为了能让 Elasticsearch 有效地索引内部类，它把我们的文档转化成这样：{
"tweet": [elasticsearch, flexible, very],
"user.id": [@johnsmith],
"user.gender": [male],
"user.age": [26],
"user.name.full": [john, smith],
"user.name.first": [john],
"user.name.last": [smith]
}内部域 可以通过名称引用（例如， first ）。为了区分同名的两个域，我们可以使用全 路径 （例如， user.name.first ） 或 type 名加路径（ tweet.user.name.first ）。
注意：
在前面简单扁平的文档中，没有 user 和 user.name 域。Lucene 索引只有标量和简单值，没有复杂数据结构。
5.6、内部对象数组
最后，考虑包含 内部对象的数组是如何被索引的。 假设我们有个 followers 数组{
"followers": [
{ "age": 35, "name": "Mary White"},
{ "age": 26, "name": "Alex Jones"},
{ "age": 19, "name": "Lisa Smith"}
]
}这个文档会像我们之前描述的那样被扁平化处理，结果如下所示：
{
"followers.age": [19, 26, 35],
"followers.name": [alex, jones, lisa, smith, mary, white]
}{age: 35} 和 {name: Mary White} 之间的相关性已经丢失了，因为每个多值域只是一包无序的值，而不是有序数组。这足以让我们问，“有一个26岁的追随者？”
但是我们不能得到一个准确的答案：“是否有一个26岁 名字叫 Alex Jones 的追随者？”
相关内部对象被称为 nested 对象，可以回答上面的查询。
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