《Elasticsearch 源码解析与优化实战》第8章：GET流程

2021-09-10 18:06:00 浏览数 (1)

简介

ES的读取分为Get和Search两种操作，这两种读取操作有较大的差异，GET/MGET必须指定三元组：index、_type、_id。 也就是说，根据文档id从正排索引中获取内容。而Search不指定_id，根据关键词从倒排索引中获取内容。本章分析GET/MGET过程，下一章分析Search过程。

一个GET请求的简单例子(来自官网)如下:

代码语言：javascript复制
curl -XGET http://127.0.0.1: 9200/website/blog/1?pretty
    "_ index" : "website",
    "_type" : "blog",
    "id" : "1",
    "version" : 21,
    " found" : true,
    "_source" : {
        "first name" : "John",
        "last_ name" : "Smith",
        "age" : 25,
        "about" : "I
        "love to go rock c1 imbing",
        "interests" :[
            "sports",
            "music"
        ]
    }
}

可选参数

与写请求相同，GET请求时可以在URI中设置一些可选参数，如下表所示。

GET 基本流程

搜索和读取文档都属于读操作，可以从主分片或副分片中读取数据。读取单个文档的流程(图片来自官网)如下图所示。

这个例子中的索引有一个主分片和两个副分片。以下是从主分片或副分片中读取时的步骤：

  • 客户端向协调节点NODE1发送读请求。
  • NODE1使用文档ID来确定文档属于分片0，通过集群状态中的内容路由表信息获知分片0有三个副本数据，位于所有的三个节点中，此时它可以将请求发送到任意节点，这里它将请求转发到NODE2。
  • NODE2将文档返回给NODE1，NODE1将文档返回给客户端。

NODE1作为协调节点，会将客户端请求轮询发送到集群的所有副本来实现负载均衡。

在读取时，文档可能已经存在于主分片上，但还没有复制到副分片。在这种情况下，读请求命中副分片时可能会报告文档不存在，但是命中主分片可能成功返回文档。一旦写请求成功返回给客户端，则意味着文档在主分片和副分片都是可用的。

GET 详细分析

GET/MGET流程涉及两个节点：协调节点和数据节点，流程如下图所示。.

协调节点

执行本流程的线程池：http_server_worker

TransportSingleShardAction类用来处理存在于一个单个(主或副)分片上的读请求。将请求转发到目标节点，如果请求执行失败，则尝试转发到其他节点读取。在收到读请求后，处理过程如下。

1. 内容路由

  • 在TransportSingleShardAction.AsyncSingleAction构造函数中，准备集群状态、节点列表等信息。
  • 根据内容路由算法计算目标shardid，也就是文档应该落在哪个分片上。
  • 计算出目标shardid后，结合请求参数中指定的优先级和集群状态确定目标节点，由于分片可能存在多个副本，因此计算出的是一个列表。
代码语言：javascript复制
private AsyncSingleAction (Request request, ActionListener<Response> listener) {
    ClusterState clusterState = clusterService.state();
    //集群nodes列表
    nodes = clusterState.nodes();
    //解析请求，更新自定义routing
    resolveRequest(clusterState, internalRequest);
    //根据路由算法计算得到目的shard迭代器，或者根据优先级选择目标节点
    this.shardIt = shards(clusterState, internalRequest);
}

具体的路由算法参考写流程分析。

2. 转发请求

作为协调节点，向目标节点转发请求，或者目标是本地节点，直接读取数据。发送函数声明了如何对Response进行处理：AsyncSingleAction 类中声明对Response进行处理的函数。无论请求在本节点处理还是发送到其他节点，均对Response执行相同的处理逻辑：

代码语言：javascript复制
private void perform (@Nullable final Exception currentFailure) {
    DiscoveryNode node = nodes.get(shardRouting.currentNodeId());
    if (node == null) {
    onFailure (shardRouting, new NoShardAvailableActionException(shardRouting.shardId()));
    } else {
        inte.rnalRequest.request().internalShardId = shardRouting.shardId();
        transportService.sendRequest(node,  . . .
            public void handleResponse (final Response response) {
                listener.onResponse(response);
            }
            public void handleException (TransportException exp) {
                onFailure(shardRouting, exp);
            }
        ]);
    }
}

发送的具体过程：

  • 在TransportService::sendRequest 中检查目标是否是本地node。
  • 如果是本地node，则进入TransportServicel#sendLocalRequest流程，sendLocalRequest不发送到网络，直接根据action获取注册的reg，执行processMessageReceived：
代码语言：javascript复制
private void sendLocalRequest (long requestId, final String action, final
    TransportRequest request, TransportRequestOptions options) {
        inal DirectResponseChannel channel = new DirectResponseChannel (logger, localNode, action, requestId, this, threadPool);
        try {
            //根据action获取注册的reg
            final RequestHandlerRegistry reg = getRequestHandler(action);
            reg.processMessageReceived (request, channel);
        }
}
  • 如果发送到网络，则请求被异步发送，“sendRequest” 的时候注册handle， 等待处理Response，直到超时。
  • 等待数据节点的回复，如果数据节点处理成功，则返回给客户端；如果数据节点处理失败，则进行重试：
代码语言：javascript复制
private void onFailure (ShardRouting shardRouting, Exception e) {
    perform(e);
}

内容路由结束时构造了目标节点列表的迭代器，重试发送时，目标节点选择迭代器的下一个。

数据节点

执行本流程的线程池：get

数据节点接收协调节点请求的入口为：TransportSingleShardAction.ShardTransportHandler#messageReceived

读取数据并组织成Response，给客户端channel返回：

代码语言：javascript复制
public void messageReceived(final Request request, final TransportChannel channel) throws Exception {
    Response response = shardOperation (request，request.internalShardId);
    channel.sendResponse (response);
}

shardOperation先检查是否需要refresh，然后调用indexShard.getService().get()读取数据并存储到GetResult中。

1. 读取及过滤

在ShardGetService#get()函数中，调用：

代码语言：javascript复制
GetResult getResult = innerGet();

获取结果。GetResult 类用于存储读取的真实数据内容。核心的数据读取实现在ShardGetService#innerGet()函数中：

代码语言：javascript复制
private GetResult innerGet(...) {
    final Collection<String> types;
    / /处理all选项
    if (type == null || type.equals("_ all")) {
        ....
    }
    Engine. GetResult get = null;
    for (String typeX : types) {
    //调用Engine读取数据
    get = indexShard.get(new Engine.Get (realtime, typeX, id, uidTerm).version (version).versionType (versionType));
    try {
        //过滤返回结果
        return innerGetLoadFromStoredFields (type, id, gFields, fetchSourceContext, get, mapperService);
    } finally {
        get.release();
    }
}
  • 通过indexShard.get()获取Engine.GetResult。 Engine.GetResult 类与innerGet 返回的GetResult是同名的类，但实现不同。indexShard.get()最终调用InternalEngine#get 读取数据。
  • 调用ShardGetService#innerGetLoadFromStoredFields()，根据type、id、DocumentMappe等信息从刚刚获取的信息中获取数据，对指定的field、source 进行过滤( source过滤只支持对字段)，把结果存于GetResult 对象中。

2. InternalEngine的读取过程

InternalEngine#get过程会加读锁。处理realtime选项，如果为true，则先判断是否有数据可以刷盘，然后调用Searcher进行读取。Searcher 是对IndexSearcher的封装。

在早期的ES版本中，如果开启( 默认) realtime，则会尝试从translog 中读取，刚写入不久的数据可以从translog中读取；从ES5.x开始不会从translog中读取，只从Lucene中读orealtime的实现机制变成依靠refresh 实现。参考官方链接：https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/20102

代码语言：javascript复制
public GetResult get (Get get, BiFunction<String, SearcherScope, Searcher>searcherFactory) throws EngineException {
    try (ReleasableLock ignored = readLock.acquire() ) {
        ensureOpen();
        SearcherScope scope;
        //处理realtime选项，判断是否需要刷盘
        if (get.realtime()) {
            //versionMap中的值是写入索引的时候添加的，不会写磁盘
            VersionValue versionValue = versionMap.getUnderLock(get.uid().bytes());
            if (versionValue != null) {
                if (versionValue.isDelete()) {
                    return GetResult.NOT.EXISTS;
                }
                if (get.versionType().isVersionConflictForReads(versionValue.version, get.version())){
                    throw new VersionConflictEngineException(...);
                }
                //执行刷盘操作
                refresh ("realtime get", Searcher Scope . INTERNAL);
            }
            scope = SearcherScope.INTERNAL;
        } else {
            scope = SearcherScope.EXTERNAL;
        }
    //调用 Searcher 读取数据
    return getFromSearcher(get, searcherFactory, scope) ;
}

MGET 流程分析

MGET的主要处理类: TransportMultiGetAction，通过封装单个GET请求实现，处理流程如下图所示。

主要流程如下：

  • 遍历请求，计算出每个doc的路由信息，得到由shardid为key组成的request map。这个过程没有在TransportSingleShardAction中实现，是因为如果在那里实现，shardid就会重复，这也是合并为基于分片的请求的过程。
  • 循环处理组织好的每个shard级请求，调用处理GET请求时使用TransportSingle-ShardAction#AsyncSingleAction处理单个doc的流程。
  • 收集Response，全部Response返回后执行finishHim()，给客户端返回结果。

回复的消息中文档顺序与请求的顺序一致。如果部分文档读取失败，则不影响其他结果，检索失败的doc会在回复信息中标出。

思考

我们需要警惕实时读取特性，GET API默认是实时的，实时的意思是写完了可以立刻读取，但仅限于GET、MGET操作，不包括搜索。在5.x版本之前，GET/MGET的实时读取依赖于从translog中读取实现，5.x 版本之后的版本改为refresh，因此系统对实时读取的支持会对写入速度有负面影响。

由此引出另一个较深层次的问题是, update操作需要先GET再写，为了保证一致性, update调用GET时将realtime选项设置为true，并且不可配置。因此update操作可能会导致refresh生成新的Lucene分段。.

  • 读失败是怎么处理的？尝试从别的分片副本读取。
  • 优先级 优先级策略只是将匹配到优先级的节点放到了目标节点列表的前面。
ElasticsearchService 搜索引擎

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