Elasticsearch优化——写入优化

在ES的默认设置下，是综合考虑数据可靠性、搜索实时性、写入速度等因素的。当离开默认设置、追求极致的写入速度时，很多是以牺牲可靠性和实时搜索性为代价的。有时候，业务上对数据可靠性和搜索实时性要求并不高，反而对写入熟读要求很高，此时可以调整一些策略，最大化写入速度。

接下来的优化基于集群正常运行的前提下，如果集群首次批量导入数据，则可以将副本数设置为0，导入完毕再将副本数调整回去，这样副本需要复制，节省索引过程。

综合来说，提升写入速度从以下几方面入手：

• 加大translog flush间隔，目的是降低iops、writeblock。
• 加大index refresh间隔，除了降低I/O，更重要的是降低segment merge频率。
• 调整bulk请求。
• 优化磁盘间的任务均匀情况，将shard尽量均匀分布到物理主机的各个磁盘。
• 优化节点间的任务分布，将任务尽量均匀的分发到各个节点。
• 优化Lucene层建立索引的过程，目的是降低CPU占用率及I/O，例如，禁用 _all字段。

1. translog flush间隔调整

从ES 2.x开始，在默认设置下，translog的持久化策略为：每个请求都“flush”。对应配置项如下：

index.translog.durability: request

这是影响ES写入速度的最大因素。但是只有这样，写操作才有可能是可靠的。如果系统可以接受一定概率的数据丢失(例如，数据写入主分片成功，尚未复制到副本分片，主机断电。由于数据既没有刷到Lucene，translog也没有刷盘，恢复是translog中没有这个数据，数据丢失)，则调整translog持久化策略为周期性和一定大小的时候"flush"，例如：

#设置为async表示translog的刷盘策略按sync_interval配置指定的时间周期进行
index.translog.durability: async
#加大translog刷盘间隔时间。默认5s，不可低于100ms。
index.translog.sync_interval: 120s
#超过这个大小会导致refresh操作，产生新的Lucene分段。默认值512MB
index.translog.flush_threshold_size: 1024mb

2. 索引刷新间隔refresh_interval

默认情况下索引的refresh_interval为1秒，这意味着数据写入1秒后就可以被搜索到，每次索引的refresh会产生一个新的Lucene段，这会导致频繁的segment merge行为，如果不需要这么高的搜索实时性应该降低索引refresh周期，例如：

index.refresh_interval: 120s

或者

PUT /my_index
{
    "settings":{
        "refresh_interval": "120s"
    }
}

3. 段合并优化

segment merge操作对系统I/O和内存占用都比较高，从ES 2.0开始，merge行为不再由ES控制，而是Lucene控制。因此以下配置被删除：

indices.store.throttle.type 
indices.store.throttle.max_bytes_per_sec 
index.store.throttle.type 
index.store.throttle.max_bytes_per_sec

改为以下调整开关：

index.merge.scheduler.max_thread_count: 4
index.merge.policy.*

最大线程数max_thread_count的默认值如下：

max_thread_count = Math.max(1, Math.min(4, Runtime.getRuntime().avaliableProcessors() / 2))

以上是一个比较理想的值，如果只有一个硬盘并且并非SSD，则应该把它设置为1，因为在旋转存储介质上并发写，由于寻址的原因，只会降低写入速度。

merge策略index.merge.policy有三种：

• tiered(默认策略)；
• log_byte_size；
• log_doc。

每个策略的具体描述可以参考：

目前我们使用默认策略，但是对策略的参数进行了调整。

索引创建时合并策略就已经确定，不能更改，但是可以动态更新策略参数。如果堆栈经常有很多merge，则可以尝试调整以下策略配置：

• index.merge.policy.segments_per_tier

  该属性指定了每层分段的数量，取值越小则segment越少，因此需要merge的操作更多，可以考虑适当增加此值。默认为10，其应该大于等于index.merge.poliycy.max_merge_at_once。

• index.merge.policy.max_merged_segment

  指定了单个segment的最大容量，默认为5GB，可以考虑适当降低此值。

4. indexing buffer

ndex buffer在为doc建立索引时使用，当缓冲满时会刷入磁盘，生成一个新的segment，这是除refresh_interval刷新索引外，另一个生成新segment的机会。每个shard有自己的ndexing buffer，下面的这个buffer大小的配置需要除以这个节点上所有shard的数量：

indices.memory.index_buffer_size：默认为整个堆空间的10%。

indices.memory.min_index_buffer_size：默认为48MB。

indices.memory.max_index_buffer_size：默认无限制。

在执行大量的索引操作时，indices.memory.index_buffer_size的默认值可能不够，这和可用堆内存、单节点上的shard数量相关，可以考虑适当增大该值。

5. 使用bulk请求

批量写比一个索引请求只写单个文档的效率高得多，但是要注意bulk请求的整体字节数不要太大，太大的请求可能会给集群带来内存压力，因此每个请求最好避免超过几十兆字节，即使较大的请求看上去执行的更好。

5.1 bulk线程池和队列

建立索引的过程属于计算密集型任务，应该使用固定大小的线程池，来不及处理的任务放入队列。线程池最大线程数量应配置为CPU核心数+1，这也是bulk线程池的默认配置，可以避免过多的上下文切换。队列大小可以适当增加，但一定要严格控制大小，过大的队列导致较高的GC压力，并可能导致FGC频繁发生。

5.2 并发执行bulk请求

bulk写请求是个长任务，为了给系统增加足够的写入压力，写入过程应该多个客户端、多线程的并行执行，。如果要验证系统的极限写入能力，那么目标就是把CPU压满。磁盘util、内存等一般都不是瓶颈。如果CPU没有压满，则应该提高写入端的并发数量。但是要注意bulk线程池队列的reject情况，出现regect代表ES的bulk队列满了，客户端请求被拒绝，此时客户端收到429错误(TOO_MANY_REQUESTS)，客户端对此的处理策略应该是延时重试。不可忽略这个异常，否则写入系统的数据会少于预期。即使客户端正确处理了429错误，我们仍然应该尽量避免产生reject。因此，在评估极限的写入能力时，客户端的极限写入并发量应该控制在不产生reject前提下的最大值为宜。

6. 磁盘间的任务均衡

如果不熟方案是为path.data配置多个路径来使用多块磁盘，ES通过下面2种策略均衡的写入不同的磁盘：

• 简单轮询：在系统初始化阶段，简单轮询的效果是最均匀的。
• 基于可用空间的动态加权轮询：以可用空间作为权重，在磁盘之间加权轮询。

7. 节点间的任务均衡

为了节点间的任务尽量均衡，数据写入客户端应该把bulk请求轮询发送到各个节点，当使用REST API的bulk接口发送数据时，客户端将会轮询发送到集群节点，在创建客户端对象时添加节点。

8. 索引过程调整和优化

8.1 自动生成doc ID

通过ES写入流程可以看出，写入doc时如果外部指定了id，则es会尝试读取原来doc的版本号，以判断是否需要更新。这会涉及一次读取磁盘操作，通过自动生成doc ID可以避免这个环节。

8.2 调整字段mappings

1. 减少字段数量，对于不需要建立索引的字段不写入ES。
2. 将不需要建立索引的字段index属性设置为not_analyzed或no。对字段不分词，或者不索引，可以减少很多运算操作，降低CPU占用。尤其是binary类型，默认情况下占用CPU非常高，而这种类型进行分词通常没有意义。
3. 减少字段内容长度，如果原始数据的大段内容无需建立索引，则尽量减少不必要的内容。
4. 使用不同的分析器(analyzer)，不同的分析器在索引过程中运算复杂度也有较大的差异。

8.3 调整_source字段

_source字段用于存储doc原始数据，对于不需要存储的字段，可以通过includes excludes过滤，或者将 _source禁用，一般用于索引和数据分离。

这样可以降低I/O的压力，不过实际场景中大多不会禁用 _source，即使过滤掉某些字段，对于写入速度提升作用也不大，满负荷写入情况下，基本是CPU先跑满，瓶颈在于CPU。

8.4 禁用_all字段

从 ES 6.0开始， _all字段默认不启用，而在此前的版本中， _all字段默认是开启的。 _all字段中包含所有字段分词后的关键词，作用是可以在搜索的时候不指定特定字段，从所有字段中检索。ES 6.0默认禁用 _all的主要原因有以下几点：

• 由于需要从其他的全部字段复制所有字段值，导致 _all字段占用非常大的空间。
• _all字段有自己的分析器，在进行某些查询时(例如，同义词)，结果不符合预期，因为没有匹配同一个分析器。
• 由于数据重复引起的额外建立索引的开销。
• 想要调试时，其内容不容易检查。
• 有些用户甚至不知道存在这个字段，导致了查询混乱。
• 有更改的替代方案。

在ES 6.0之前的版本中，可以在mapping中将enabled设置为false来禁用 _all字段：

PUT /my_index
{
    "mappings":{
        "my_type":{
            "_all":{
                "enabled":false
            }
        }
    }
}

禁用 _all字段可以明显降低对CPU和I/O的压力。

8.5 对Analyzed的字段禁用Noms

Norms用于在搜索时计算doc的评分，如果不需要评分，则可以将其禁用：

PUT my_index/_mapping/my_type
{
    "properties":{
        "title":{
            "type":"keyword",
            "norms":{
                "enabled":false
            }
        }
    }
}

8.6 index_options设置

index_options用于控制在建立倒排索引的过程中，哪些内容会被添加到倒排索引，例如，doc数量、词频、options、offset等信息，优化这些设置可以一定程度降低索引过程中的运算任务，节省CPU占用率。

不过在实际场景中，通常很难确定业务将来会不会用到这些信息，除非一开始方案就明确是这样设计的。

9. 参考配置

索引级的设想需要写在模板中，或者在创建索引是指定。

{
    "template":"*",
    "order":0,
    "settings":{
        //单个分段的最大容量
        "index.merge.policy.max_merged_segment":"2gb",
        //每层分段的数量，值越小，合并操作越多，可以适当增加，默认10
        //不要小于max_merge_at_once
        "index.merge.policy.segments_per_tier":"24",
        //索引刷入操作系统缓存时间，默认1秒
        "index.refresh_interval":"120s",
        //索引刷入操作系统缓存策略，默认request，改为定时刷新
        "index.translog.durability":"async",
        //索引刷入磁盘的translog的阈值，默认512mb，提交commit point
        "index.translog.flush_threshold_size":"512mb",
        //日志刷新磁盘的时间，默认5s
        "index.translog.sync_interval":"120s",
        //索引分配延迟时间，默认1分钟
        "index.unassigned.node_left.delayed_timeout":"5d"
    }
}

elasticsearch.yml中的配置：

#索引buffer大小，默认可使用堆的10%
indices.memory.index_buffer_size: 30%