ES 处理索引数据变动的原理剖析

1 概述

es是如何处理索引数据的变动的？

或者说索引数据变动时，es会执行哪些操作？

refresh、fsync、merge 和 flush 操作有何作用？

es是如何确保即使es发生宕机数据也不丢失的？

在回答上述问题前，可以先了解一下es处理索引数据变动的主要流程，其示意图如下所示。

2 处理索引数据变动的过程

由示意图可知，es处理索引数据变动的主要过程如下所述：

（1）将数据写入内存缓冲区；

（2）生成新的segment，使数据可见-即可被搜索到；

（3）将数据存储到磁盘。

2.1 将数据写入内存缓冲区

当索引数据变动（插入、更新或删除索引数据）时，首先会将变动的索引数据写入到内存中的“索引缓冲区”，然后将索引数据变动命令写入到内存中的“translog缓冲区”。

• translog的作用是当es服务宕机后需要进行数据恢复时，通过translog可以恢复尚未存储到磁盘中的es索引数据。
• 通过每次索引变动请求完成时（默认）执行fsync操作，或者定时执行（设为异步执行时，默认为5s）fsync操作，将“translog缓冲区”中的数据添加到磁盘中的translog文件中。

New documents are added to the in-memory buffer and appended to the transaction log

2.2 使数据可见

通过定时执行refresh操作，将“索引缓冲区”的文档生成一个新的segment（段），此时新增和修改的数据能被搜索到。

• 默认每秒执行一次refresh操作。
• 每次refresh操作都会生成一个新的segment，随着时间的增长segment会越来越多。因为每次search操作都会扫描所有的segment，因此segment过多将导致查询效率变慢。为了避免该问题的发生，es会定期将segment进行merge合并操作。
• 执行refresh操作时，磁盘中的translog文件不会被清除。

After a refresh, the buffer is cleared but the transaction log is not

2.3 将数据存储到磁盘

（3）通过执行flush操作（刷盘），将内存中的segment存储到磁盘，同时删除磁盘中的translog文件（已持久化到磁盘的数据对应的translog数据会被删除，尚未写入到segment 中的变更对应的translog数据不会被删除）。

• 默认每隔30min执行一次，或者在磁盘中的translog文件过大时（index.translog.flush_threshold_size，默认512mb）执行一次。

After a flush, the segments are fully commited and the transaction log is cleared

3 refresh、merge 和 flush

3.1 refresh

3.1.1 定义

将“索引缓冲区”的文档生成一个新segment（段）并清空该“索引缓冲区”，使新增或修改后的数据能被ES的api接口查询到。

refresh_interval 控制索引refresh频率 ，默认为1s。

3.1.2 修改执行频率

可以通过修改 refresh_interval 来修改执行频率

PUT /test_index/_settings { "settings": { "refresh_interval": "2s" } }

3.1.3 api

refresh全部索引

POST /_refresh

refresh指定索引

POST /test_index/_refresh

3.2 merge

将多个小segment合并成一个大segment，并删除旧的segment。

3.3 flush

3.3.1 定义

通过执行flush操作（刷盘），将内存中的segment存储到磁盘，同时删除磁盘中的translog文件。

3.3.2 api

刷盘指定索引

POST /test_index/_flush

刷盘所有索引，且等刷盘结束才返回结果

POST /_flush?wait_for_ongoing

4 参考文献

（1）理解ES的refresh、flush、merge

（2）Making Changes Persistent | Elasticsearch: The Definitive Guide [2.x] | Elastic

（3）Translog | Elasticsearch Guide [7.10] | Elastic