路由参数在ElasticSearch GET API中的应用

ElasticSearch 基础概述

在深入探讨路由参数在 ElasticSearch GET API 中的应用之前，有必要先对 ElasticSearch 本身有一个较为全面的认识。ElasticSearch 是一个分布式的开源搜索和分析引擎，它建立在 Apache Lucene 之上，旨在为各类应用提供近乎实时的搜索和分析功能。

ElasticSearch 的数据以文档（Document）的形式存储，文档是 ElasticSearch 中最小的数据单元，类似于关系型数据库中的行。文档以 JSON 格式进行表示，包含了一系列的字段及其对应的值。例如，一个表示用户信息的文档可能如下：

{
    "name": "John Doe",
    "age": 30,
    "email": "johndoe@example.com"
}

这些文档被分组到索引（Index）中，索引类似于关系型数据库中的数据库概念，是一组具有相似特征的文档集合。比如，可以有一个名为 “users” 的索引，用于存储所有用户相关的文档。

为了实现分布式存储和高效检索，ElasticSearch 将索引进一步划分为多个分片（Shard）。每个分片是一个独立的 Lucene 索引，它可以被分配到不同的节点上。当文档被写入索引时，ElasticSearch 根据一定的算法决定将文档存储在哪个分片上。这种分布式的架构使得 ElasticSearch 能够处理大规模的数据，并具备高可用性和扩展性。

ElasticSearch 路由机制基础

在 ElasticSearch 的分布式架构中，路由机制起着至关重要的作用。当一个文档被写入索引或者从索引中读取时，ElasticSearch 需要确定该文档应该存储在哪个分片上，或者从哪个分片上获取，这就是路由机制要解决的问题。

ElasticSearch 默认使用文档的 _id 作为路由的依据。具体来说，ElasticSearch 通过对 _id 进行哈希运算，然后根据索引的分片数量，确定文档应该存储在哪个分片上。例如，假设有一个索引有 5 个分片，对文档的 _id 进行哈希运算后得到一个数值，该数值对 5 取模，得到的结果（0 - 4 之间的整数）就决定了文档将被存储在哪个分片上。

这种基于 _id 的路由方式在大多数情况下能够满足需求，它保证了相同 _id 的文档始终存储在同一个分片上，从而在读取文档时能够快速定位到存储该文档的分片。然而，在某些特定场景下，这种默认的路由方式可能无法满足需求，这时候就需要使用自定义的路由参数。

路由参数的概念与作用

路由参数（Routing Parameter）是 ElasticSearch 提供的一种机制，允许用户在写入或读取文档时指定一个自定义的路由值。这个路由值可以是任意的字符串，ElasticSearch 会根据这个路由值来决定文档的存储位置或者读取位置。

路由参数的主要作用有以下几点：

1. 数据分区与隔离：通过使用路由参数，可以将数据按照特定的规则进行分区。例如，在一个多租户的应用场景中，可以将每个租户的数据通过租户 ID 作为路由参数，存储在不同的分片上，实现租户数据的隔离。这样做不仅可以提高数据的安全性，还可以在查询某个租户的数据时，只需要在特定的分片上进行查询，提高查询效率。
2. 提高读写性能：在某些情况下，特定类型的查询可能集中在某一部分数据上。通过合理设置路由参数，可以将这部分数据存储在较少的分片上，从而减少查询时需要扫描的分片数量，提高查询性能。例如，在一个电商应用中，对于某个热门商品的查询可能非常频繁，可以将与该商品相关的文档通过商品 ID 作为路由参数，存储在特定的分片上，当查询该商品的相关信息时，只需要在这些特定的分片上进行查询，而不需要扫描整个索引。
3. 数据一致性与复制：在分布式系统中，数据的一致性和复制是重要的问题。路由参数可以帮助确保在数据复制和同步过程中，相关的数据始终保持一致。例如，在主从复制的架构中，通过相同的路由参数，可以保证主节点和从节点上存储的数据分布是一致的，从而避免数据不一致的问题。

ElasticSearch GET API 简介

GET API 是 ElasticSearch 中用于从索引中获取文档的主要接口。通过 GET API，可以根据文档的 _id 获取单个文档，也可以通过多 GET API（Multi - GET API）一次性获取多个文档。

基本的 GET API 请求格式如下：

GET /{index}/{type}/{id}

其中，{index} 是索引的名称，{type} 是文档类型（在 ElasticSearch 7.0 及以上版本，类型的概念逐渐被弱化，很多情况下可以省略），{id} 是文档的唯一标识符。

例如，要获取 “users” 索引中 _id 为 “1” 的文档，可以发送如下请求：

GET /users/_doc/1

ElasticSearch 会根据请求中的索引名称、文档类型（如果指定）和 _id，通过路由机制定位到存储该文档的分片，并返回相应的文档内容。

路由参数在 GET API 中的应用场景

1. 多租户应用场景：如前文所述，在多租户的应用中，每个租户的数据可能需要隔离存储。假设一个 SaaS（软件即服务）应用有多个租户，每个租户有自己的用户数据。可以将租户 ID 作为路由参数，在写入用户文档时指定租户 ID 作为路由。例如：

PUT /saas - users/_doc/1?routing=tenant1
{
    "name": "User in Tenant 1",
    "tenant_id": "tenant1"
}

在获取文档时，同样指定路由参数：

GET /saas - users/_doc/1?routing=tenant1

这样做可以确保每个租户的数据只存储在与该租户相关的分片上，在查询时也只需要在这些分片上进行操作，提高了数据的安全性和查询效率。

2. 地理区域划分场景：对于一些与地理位置相关的应用，如物流跟踪系统，不同地区的物流数据可能需要分别处理。可以将地区编码作为路由参数。例如，在记录某个包裹的位置信息时：

PUT /logistics - data/_doc/1?routing=region1
{
    "package_id": "12345",
    "location": "City A in Region 1",
    "region": "region1"
}

当查询某个地区的包裹信息时：

GET /logistics - data/_doc/1?routing=region1

通过这种方式，可以将不同地区的数据存储在不同的分片上，方便对特定地区的数据进行管理和查询。

3. 业务模块划分场景：在一些大型的企业应用中，不同的业务模块可能有不同的查询需求。例如，一个电商应用可能有商品管理、订单管理和用户管理等业务模块。可以将业务模块名称作为路由参数。比如，在存储商品文档时：

PUT /ecommerce - data/_doc/1?routing=product
{
    "product_name": "Sample Product",
    "module": "product"
}

在查询商品相关信息时：

GET /ecommerce - data/_doc/1?routing=product

这样可以将不同业务模块的数据分开存储，提高查询的针对性和效率。

路由参数在 GET API 中的使用方法

在 ElasticSearch 的 GET API 中使用路由参数非常简单，只需要在请求的 URL 中添加 routing 参数即可。

获取单个文档时使用路由参数

当获取单个文档时，路由参数的使用方式如下：

GET /{index}/{type}/{id}?routing={routing_value}

例如，要获取 “orders” 索引中 _id 为 “123”，且路由值为 “customer1” 的订单文档，可以发送如下请求：

GET /orders/_doc/123?routing=customer1

ElasticSearch 会根据指定的路由值 “customer1”，定位到存储该文档的分片，并返回相应的文档。

多 GET API 中使用路由参数

多 GET API 允许一次性获取多个文档。在多 GET API 中使用路由参数时，有两种方式。

方式一：在请求 URL 中指定全局路由参数

GET /_mget?routing={routing_value}
{
    "docs": [
        {
            "_index": "index1",
            "_type": "_doc",
            "_id": "1"
        },
        {
            "_index": "index2",
            "_type": "_doc",
            "_id": "2"
        }
    ]
}

在这种方式下，所有在 docs 数组中的文档都会使用请求 URL 中指定的路由值进行查询。

方式二：在每个文档的请求中单独指定路由参数

GET /_mget
{
    "docs": [
        {
            "_index": "index1",
            "_type": "_doc",
            "_id": "1",
            "routing": "routing_value1"
        },
        {
            "_index": "index2",
            "_type": "_doc",
            "_id": "2",
            "routing": "routing_value2"
        }
    ]
}

这种方式更加灵活，可以为每个文档指定不同的路由值。

代码示例

以下通过不同的编程语言展示如何在 ElasticSearch GET API 中使用路由参数。

使用 Python 和 Elasticsearch - Python 库

首先，确保已经安装了 elasticsearch 库：

pip install elasticsearch

获取单个文档的示例代码如下：

from elasticsearch import Elasticsearch

es = Elasticsearch([{'host': 'localhost', 'port': 9200}])

index = 'users'
doc_type = '_doc'
doc_id = '1'
routing_value = 'tenant1'

response = es.get(index=index, doc_type=doc_type, id=doc_id, routing=routing_value)
print(response)

在多 GET API 中使用路由参数的示例代码（全局路由）：

from elasticsearch import Elasticsearch

es = Elasticsearch([{'host': 'localhost', 'port': 9200}])

routing_value = 'tenant1'
docs = [
    {
        "_index": "users",
        "_type": "_doc",
        "_id": "1"
    },
    {
        "_index": "users",
        "_type": "_doc",
        "_id": "2"
    }
]

response = es.mget(body={"docs": docs}, routing=routing_value)
print(response)

多 GET API 中使用路由参数的示例代码（单独指定路由）：

from elasticsearch import Elasticsearch

es = Elasticsearch([{'host': 'localhost', 'port': 9200}])

docs = [
    {
        "_index": "users",
        "_type": "_doc",
        "_id": "1",
        "routing": "tenant1"
    },
    {
        "_index": "users",
        "_type": "_doc",
        "_id": "2",
        "routing": "tenant2"
    }
]

response = es.mget(body={"docs": docs})
print(response)

使用 Java 和 Elasticsearch Java High - Level REST Client

首先，在 pom.xml 文件中添加 Elasticsearch Java High - Level REST Client 的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.elasticsearch.client</groupId>
    <artifactId>elasticsearch - rest - high - level - client</artifactId>
    <version>7.10.2</version>
</dependency>

获取单个文档的示例代码：

import org.apache.http.HttpHost;
import org.elasticsearch.action.get.GetRequest;
import org.elasticsearch.action.get.GetResponse;
import org.elasticsearch.client.RequestOptions;
import org.elasticsearch.client.RestClient;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;

public class ElasticsearchGetExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(
                RestClient.builder(
                        new HttpHost("localhost", 9200, "http")));

        String index = "users";
        String docType = "_doc";
        String docId = "1";
        String routingValue = "tenant1";

        GetRequest getRequest = new GetRequest(index, docType, docId);
        getRequest.routing(routingValue);

        GetResponse getResponse = client.get(getRequest, RequestOptions.DEFAULT);
        System.out.println(getResponse.getSourceAsString());

        client.close();
    }
}

多 GET API 中使用路由参数的示例代码（全局路由）：

import org.apache.http.HttpHost;
import org.elasticsearch.action.get.MultiGetRequest;
import org.elasticsearch.action.get.MultiGetResponse;
import org.elasticsearch.client.RequestOptions;
import org.elasticsearch.client.RestClient;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
import org.elasticsearch.common.xcontent.XContentType;

public class ElasticsearchMultiGetExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(
                RestClient.builder(
                        new HttpHost("localhost", 9200, "http")));

        String routingValue = "tenant1";
        MultiGetRequest multiGetRequest = new MultiGetRequest();
        multiGetRequest.add("users", "_doc", "1");
        multiGetRequest.add("users", "_doc", "2");
        multiGetRequest.routing(routingValue);

        MultiGetResponse multiGetResponse = client.mget(multiGetRequest, RequestOptions.DEFAULT);
        for (MultiGetResponse.Item item : multiGetResponse) {
            System.out.println(item.getResponse().getSourceAsString());
        }

        client.close();
    }
}

多 GET API 中使用路由参数的示例代码（单独指定路由）：

import org.apache.http.HttpHost;
import org.elasticsearch.action.get.MultiGetRequest;
import org.elasticsearch.action.get.MultiGetResponse;
import org.elasticsearch.client.RequestOptions;
import org.elasticsearch.client.RestClient;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
import org.elasticsearch.common.xcontent.XContentType;

public class ElasticsearchMultiGetExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(
                RestClient.builder(
                        new HttpHost("localhost", 9200, "http")));

        MultiGetRequest multiGetRequest = new MultiGetRequest();
        multiGetRequest.add("users", "_doc", "1").routing("tenant1");
        multiGetRequest.add("users", "_doc", "2").routing("tenant2");

        MultiGetResponse multiGetResponse = client.mget(multiGetRequest, RequestOptions.DEFAULT);
        for (MultiGetResponse.Item item : multiGetResponse) {
            System.out.println(item.getResponse().getSourceAsString());
        }

        client.close();
    }
}

注意事项

1. 路由参数一致性：在使用路由参数时，确保在写入文档和读取文档时使用相同的路由参数。如果写入时使用了一个路由值，而读取时使用了另一个路由值，可能无法正确获取到文档。
2. 索引配置与路由：路由参数的效果还与索引的配置有关。例如，索引的分片数量和副本数量等设置可能会影响路由的具体实现。在创建索引时，需要根据业务需求合理设置这些参数，以充分发挥路由参数的优势。
3. 性能影响：虽然合理使用路由参数可以提高查询性能，但如果路由参数设置不当，可能会导致数据分布不均匀，反而降低性能。例如，如果某个路由值对应的文档数量过多，可能会使该分片的负载过高，影响整个系统的性能。因此，在使用路由参数时，需要对数据进行分析，确保路由参数的设置能够优化数据存储和查询。
4. 兼容性：不同版本的 ElasticSearch 对路由参数的支持和使用方式可能会有一些细微的差别。在实际应用中，需要参考相应版本的官方文档，确保代码的兼容性和正确性。

通过合理应用路由参数，在 ElasticSearch 的 GET API 中可以实现更灵活、高效的数据查询和管理，满足不同业务场景的需求。无论是多租户应用、地理区域划分还是业务模块划分等场景，路由参数都为优化数据存储和检索提供了有力的手段。在实际开发中，需要根据具体的业务需求和数据特点，精心设计路由策略，以充分发挥 ElasticSearch 的性能优势。