【Elasticsearch专栏 07】深入探索：Elasticsearch的倒排索引如何进行模糊查询和通配符查询

Elasticsearch的倒排索引如何进行模糊查询和通配符查询

Elasticsearch的倒排索引确实支持模糊查询和通配符查询。这两种查询类型允许用户在搜索时使用不完整的或模糊的词汇来匹配文档内容。下面我将详细描述这两种查询类型的工作原理，并提供一些Elasticsearch命令和简化的源码片段来说明它们是如何工作的。

01 模糊查询（Fuzzy Query）

模糊查询允许用户搜索与指定词汇相似但不完全相同的词汇。在Elasticsearch中，模糊查询基于Damerau-Levenshtein距离算法，该算法计算两个字符串之间的差异程度。差异程度越小，两个字符串越相似。

当执行模糊查询时，Elasticsearch会首先使用倒排索引找到包含指定词汇的文档。然后，它会根据Damerau-Levenshtein距离算法计算每个匹配词汇与查询词汇的差异程度，并将差异程度较小的文档排在结果列表的前面。

以下是一个使用Elasticsearch执行模糊查询的示例命令：

GET /my_index/_search  
{  
  "query": {  
    "fuzzy": {  
      "field_name": {  
        "value": "aple",  
        "fuzziness": 2  
      }  
    }  
  }  
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

在这个示例中，搜索名为field_name的字段中包含与"aple"相似的词汇的文档。fuzziness参数指定了允许的差异程度，数值越大，允许的差异越大。

在Elasticsearch的源码中，模糊查询的实现可能涉及对倒排索引的遍历和对每个匹配词汇的相似度计算。具体的实现细节可能会因Elasticsearch版本的不同而有所差异，但基本原理是相似的。

02 通配符查询（Wildcard Query）

通配符查询允许用户使用通配符来匹配词汇。Elasticsearch支持使用*和?作为通配符，其中*表示匹配任意数量的字符，?表示匹配单个字符。

当执行通配符查询时，Elasticsearch会遍历倒排索引中所有可能的词汇，找到与通配符模式匹配的词汇，并返回包含这些词汇的文档。由于通配符查询可能需要遍历大量的词汇，因此它们的性能通常较低，特别是在大型索引中。

以下是一个使用Elasticsearch执行通配符查询的示例命令：

GET /my_index/_search  
{  
  "query": {  
    "wildcard": {  
      "field_name": "te*t"  
    }  
  }  
}
1
2
3
4
5
6
7
8

在这个示例中，搜索名为field_name的字段中包含以"te"开头并以"t"结尾的词汇的文档。

在Elasticsearch的源码中，通配符查询的实现可能涉及对倒排索引的遍历和对每个词汇的模式匹配。由于通配符查询可能需要遍历大量的词汇，因此它们的实现可能会比较复杂，并且可能涉及到一些优化策略来提高查询性能。

03 查询性能优化

虽然模糊查询和通配符查询提供了强大的搜索功能，但由于它们通常需要遍历大量的词汇和文档，因此可能会对查询性能产生负面影响。为了优化这些查询的性能，Elasticsearch提供了以下几种策略：

1. 限制查询范围：通过指定索引、类型、字段等范围来限制查询的范围，减少需要遍历的文档和词汇数量。
2. 使用更精确的查询类型：在可能的情况下，使用更精确的查询类型（如精确匹配查询、短语查询等）来替代模糊查询和通配符查询，以提高查询性能。
3. 优化索引结构：合理设计索引结构，避免过度分片和使用不必要的副本，以减少查询时需要访问的节点和分片数量。
4. 利用查询缓存：Elasticsearch提供了查询缓存机制，可以缓存查询结果，避免重复计算。对于频繁执行的模糊查询和通配符查询，利用查询缓存可以显著提高性能。
5. 调整分词器：选择合适的分词器，确保文档中的词汇被正确切分和索引，以提高查询的准确性和性能。

通过综合运用这些优化策略，可以在一定程度上提高模糊查询和通配符查询的性能。然而，由于这些查询类型本身的复杂性，它们的性能可能仍然比精确匹配查询等更简单的查询类型要差。

04 总结

Elasticsearch的倒排索引通过支持模糊查询和通配符查询，为用户提供了更灵活和强大的搜索功能。这些查询类型基于Elasticsearch的底层数据结构和算法实现，允许用户在不完全知道目标词汇的情况下进行搜索。然而，由于需要遍历大量的词汇和文档，这些查询类型可能会对查询性能产生负面影响。因此，在实际使用中，用户需要根据具体需求和场景选择合适的查询类型，并结合其他优化策略来提高查询性能。