Elasticsearch学习笔记1
🔍 elasticsearch学习笔记1
本节中主要介绍了elasticsearch中的一些基本概念,并于mysql中的一些概念进行了对比,分析了elasticsearch与mysql适用的场景。并且介绍了elasticsearch中索引库和文档的DSL语句的操作语法,主要是索引库的增删改查以及文档的增删改,关于文档如何进行查询,在下一节中介绍。之后还使用了java封装的RestAPI来使用java代码操作索引库和文档
1.初识elasticsearch
1.1.了解ES
1.1.1.elasticsearch的作用
elasticsearch是一款非常强大的开源搜索引擎,具备非常多强大功能,可以帮助我们从海量数据中快速找到需要的内容
例如:
在GitHub搜索代码
在电商网站搜索商品
在百度搜索答案
在打车软件搜索附近的车
1.1.2.ELK技术栈
elasticsearch结合kibana、Logstash、Beats,也就是elastic stack(ELK)。被广泛应用在日志数据分析、实时监控等领域:
而elasticsearch是elastic stack的核心,负责存储、搜索、分析数据。
1.1.3.elasticsearch和lucene
elasticsearch底层是基于lucene来实现的。
Lucene是一个Java语言的搜索引擎类库,是Apache公司的顶级项目,由DougCutting于1999年研发。官网地址:https://lucene.apache.org/ 。
elasticsearch的发展历史:
- 2004年Shay Banon基于Lucene开发了Compass
- 2010年Shay Banon 重写了Compass,取名为Elasticsearch。
1.1.4.为什么不是其他搜索技术?
目前比较知名的搜索引擎技术排名:
虽然在早期,Apache Solr是最主要的搜索引擎技术,但随着发展elasticsearch已经渐渐超越了Solr,独占鳌头:
1.1.5.总结
什么是elasticsearch?
- 一个开源的分布式搜索引擎,可以用来实现搜索、日志统计、分析、系统监控等功能
什么是elastic stack(ELK)?
- 是以elasticsearch为核心的技术栈,包括beats、Logstash、kibana、elasticsearch
什么是Lucene?
- 是Apache的开源搜索引擎类库,提供了搜索引擎的核心API
1.2.倒排索引
倒排索引的概念是基于MySQL这样的正向索引而言的。
1.2.1.正向索引
那么什么是正向索引呢?例如给下表(tb_goods)中的id创建索引:
如果是根据id查询,那么直接走索引,查询速度非常快。这里的正排索引指的是根据id查询数据
但如果是基于title做模糊查询,只能是逐行扫描数据,流程如下:
1)用户搜索数据,条件是title符合"%手机%"
2)逐行获取数据,比如id为1的数据
3)判断数据中的title是否符合用户搜索条件
4)如果符合则放入结果集,不符合则丢弃。回到步骤1
逐行扫描,也就是全表扫描,随着数据量增加,其查询效率也会越来越低。当数据量达到数百万时,就是一场灾难。
1.2.2.倒排索引
倒排索引中有两个非常重要的概念:
- 文档(
Document
):用来搜索的数据,其中的每一条数据就是一个文档。例如一个网页、一个商品信息 - 词条(
Term
):对文档数据或用户搜索数据,利用某种算法分词,得到的具备含义的词语就是词条。例如:我是中国人,就可以分为:我、是、中国人、中国、国人这样的几个词条
创建倒排索引是对正向索引的一种特殊处理,流程如下:
- 将每一个文档的数据利用算法分词,得到一个个词条
- 创建表,每行数据包括词条、词条所在文档id、位置等信息
- 因为词条唯一性,可以给词条创建索引,例如hash表结构索引
如图:
正向索引就是根据id查找到数据,而倒排索引是将数据进行分词,然后根据分词的结果查找数据的id,从而得到最终的搜索结果
倒排索引的搜索流程如下(以搜索"华为手机"为例):
1)用户输入条件"华为手机"
进行搜索。
2)对用户输入内容分词,得到词条:华为
、手机
。
3)拿着词条在倒排索引中查找,可以得到包含词条的文档id:1、2、3。
4)拿着文档id到正向索引中查找具体文档。
相当于想用elasticsearch搜索到想要的数据id,然后在mysql中使用数据id查询到想要的数据,倒排索引就是将数据中的信息进行分词,根据查询条件匹配到多个数据id
如图:
虽然要先查询倒排索引,再查询倒排索引,但是无论是词条、还是文档id都建立了索引,查询速度非常快!无需全表扫描。看起来查询了两次,但是在海量数据面前,这种速度还是比全表扫描快
1.2.3.正向和倒排
那么为什么一个叫做正向索引,一个叫做倒排索引呢?
正向索引是最传统的,根据id索引的方式。但根据词条查询时,必须先逐条获取每个文档,然后判断文档中是否包含所需要的词条,是根据文档找词条的过程。
这种方式只适合按照id来搜索,当数据量过大并且想要搜索数据中的某个词条时,必须使用全表扫描,会大大降低搜索效率
而倒排索引则相反,是先找到用户要搜索的词条,根据词条得到词条的文档的id,然后根据id获取文档。是根据词条找文档的过程。这种设计使得从数据中找某一个词条非常方便,尤其是海量数据的情况下,当数据量很小时,倒排索引不如全表扫描的时间快
是不是恰好反过来了?
那么两者方式的优缺点是什么呢?
正向索引:
- 优点:
- 可以给多个字段创建索引
- 根据索引字段搜索、排序速度非常快
- 缺点:
- 根据非索引字段,或者索引字段中的部分词条查找时,只能全表扫描。
倒排索引:
- 优点:
- 根据词条搜索、模糊搜索时,速度非常快
- 缺点:
- 只能给词条创建索引,而不是字段
- 无法根据字段做排序
1.3.es的一些概念
elasticsearch中有很多独有的概念,与mysql中略有差别,但也有相似之处。
1.3.1.文档和字段
elasticsearch是面向文档(Document)存储的,可以是数据库中的一条商品数据,一个订单信息。文档数据会被序列化为json格式后存储在elasticsearch中:
而Json文档中往往包含很多的字段(Field),类似于数据库中的列。
文档对应于数据库中的元组(一条记录),字段对应于数据库中的属性(列)
1.3.2.索引和映射
索引(Index),就是相同类型的文档的集合。
例如:
- 所有用户文档,就可以组织在一起,称为用户的索引;
- 所有商品的文档,可以组织在一起,称为商品的索引;
- 所有订单的文档,可以组织在一起,称为订单的索引;
因此,我们可以把索引当做是数据库中的表。
数据库的表会有约束信息,用来定义表的结构、字段的名称、类型等信息。因此,索引库中就有映射(mapping),是索引中文档的字段约束信息,类似表的结构约束。映射对应于数据库中的表结构
1.3.3.mysql与elasticsearch
我们统一的把mysql与elasticsearch的概念做一下对比:
MySQL | Elasticsearch | 说明 |
---|---|---|
Table | Index | 索引(index),就是文档的集合,类似数据库的表(table) |
Row | Document | 文档(Document),就是一条条的数据,类似数据库中的行(Row),文档都是JSON格式 |
Column | Field | 字段(Field),就是JSON文档中的字段,类似数据库中的列(Column) |
Schema | Mapping | Mapping(映射)是索引中文档的约束,例如字段类型约束。类似数据库的表结构(Schema) |
SQL | DSL | DSL是elasticsearch提供的JSON风格的请求语句,用来操作elasticsearch,实现CRUD,有点类似于Restful风格 |
是不是说,我们学习了elasticsearch就不再需要mysql了呢?
并不是如此,两者各自有自己的擅长之处:
Mysql:擅长事务类型操作,可以确保数据的安全和一致性
Elasticsearch:擅长海量数据的搜索、分析、计算,此时不太关注数据的一致性和安全性,主要关注查询性能
因此在企业中,往往是两者结合使用:
- 对安全性要求较高的写操作,使用mysql实现
- 对查询性能要求较高的搜索需求,使用elasticsearch实现
- 两者再基于某种方式,实现数据的同步,保证一致性
1.4.分词器
分词器的作用是什么?
- 创建倒排索引时对文档分词,便于后期搜索
- 用户搜索时,对输入的内容分词,分词之后再去文档中匹配
IK分词器有几种模式?
- ik_smart:智能切分,粗粒度
- ik_max_word:最细切分,细粒度
IK分词器如何拓展词条?如何停用词条?
- 利用config目录的IkAnalyzer.cfg.xml文件添加拓展词典和停用词典,有了词典之后,分词器就会知道某些词不需要划分,某些字会组成一个词
- 在词典中添加拓展词条或者停用词条
2.索引库操作
索引库就类似数据库表,mapping映射就类似表的结构。
我们要向es中存储数据,必须先创建“库”和“表”。建立之后才能向其中存储数据
2.1.mapping映射属性
mapping是对索引库中文档的约束,类似于mysql中的表结构约束,常见的mapping属性包括:
- type:字段数据类型,常见的简单类型有:
- 字符串:text(可分词的文本)、keyword(精确值,例如:品牌、国家、ip地址)
- 数值:long、integer、short、byte、double、float、
- 布尔:boolean
- 日期:date
- 对象:object
- index:是否创建索引,默认为true,不参与搜索的字段就可以不创建索引
- analyzer:使用哪种分词器
- properties:该字段的子字段
例如下面的json文档:
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对应的每个字段映射(mapping):
- age:类型为 integer;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- weight:类型为float;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- isMarried:类型为boolean;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- info:类型为字符串,需要分词,因此是text;参与搜索,因此需要index为true;分词器可以用ik_smart
- email:类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;不参与搜索,因此需要index为
false
;无需分词器 - score:虽然是数组,但是我们只看元素的类型,类型为float;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- name:类型为object,需要定义多个子属性
- name.firstName;类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
- name.lastName;类型为字符串,但是不需要分词,因此是keyword;参与搜索,因此需要index为true;无需分词器
2.2.索引库的CRUD
这里我们统一使用Kibana编写DSL的方式来演示。
2.2.1.创建索引库和映射
基本语法:
- 请求方式:PUT
- 请求路径:/索引库名,可以自定义
- 请求参数:mapping映射
格式:
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示例:
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这段DSL创建了一个名为heima的索引库,现在显示了三个字段,每个字段有什么类型,是否建立索引,是否分词都有规定,这个
2.2.2.查询索引库
基本语法:
请求方式:GET
请求路径:/索引库名
请求参数:无
格式:
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示例:
2.2.3.修改索引库
倒排索引结构虽然不复杂,但是一旦数据结构改变(比如改变了分词器),就需要重新创建倒排索引,这简直是灾难。因此索引库一旦创建,无法修改mapping。
虽然无法修改mapping中已有的字段,但是却允许新增字段到mapping中,因为不会对倒排索引产生影响。
只要不影响原有的索引库,那么就可以修改索引库,只有新增不影响原有的索引库
语法说明:
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示例:
2.2.4.删除索引库
语法:
请求方式:DELETE
请求路径:/索引库名
请求参数:无
格式:
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在kibana中测试:
2.2.5.总结
索引库操作有哪些?这些操作都类似于Restful的风格
- 创建索引库:PUT /索引库名
- 查询索引库:GET /索引库名
- 删除索引库:DELETE /索引库名
- 添加字段:PUT /索引库名/_mapping
3.文档操作
3.1.新增文档
新增文档时要按照建立索引表的结构新增,并且类型也要对应
语法:
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示例:
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响应:
3.2.查询文档
根据rest风格,新增是post,查询应该是get,不过查询一般都需要条件,这里我们把文档id带上。
语法:
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通过kibana查看数据:
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查看结果(_source中是真实的数据):
3.3.删除文档
删除使用DELETE请求,同样,需要根据id进行删除:
语法:
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示例:
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结果:
3.4.修改文档
修改有两种方式:
- 全量修改:直接覆盖原来的文档
- 增量修改:修改文档中的部分字段
3.4.1.全量修改
全量修改是覆盖原来的文档,其本质是:
- 根据指定的id删除文档
- 新增一个相同id的文档
注意:如果根据id删除时,id不存在,第二步的新增也会执行,也就从修改变成了新增操作了。
语法:
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示例:
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3.4.2.增量修改
增量修改是只修改指定id匹配的文档中的部分字段。此时需要在POST后增加_update
的标签
语法:
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示例:
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3.5.总结
文档操作有哪些?
- 创建文档:POST /{索引库名}/_doc/文档id { json文档 }
- 查询文档:GET /{索引库名}/_doc/文档id
- 删除文档:DELETE /{索引库名}/_doc/文档id
- 修改文档:
- 全量修改:PUT /{索引库名}/_doc/文档id { json文档 }
- 增量修改:POST /{索引库名}/_update/文档id { “doc”: {字段}}
4.RestAPI
ES官方提供了各种不同语言的客户端,用来操作ES。这些客户端的本质就是组装DSL语句,通过http请求发送给ES。官方文档地址:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/client/index.html
其中的Java Rest Client又包括两种:
- Java Low Level Rest Client
- Java High Level Rest Client
我们学习的是Java HighLevel Rest Client客户端API,以一个现成的项目距离,主要学习的是lasticsearch如何操作索引库和文档
项目结构如图:
酒店数据的表结构为:
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来看下酒店数据的索引库结构:
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几个特殊字段说明:
- location:地理坐标,里面包含精度、纬度
- all:一个组合字段,其目的是将多字段的值 利用copy_to合并,提供给用户搜索
地理坐标说明:
copy_to说明:
copy_to可以将多个字段中的内容拷贝到一个字段中进行整合,这样对于多字段搜索来说很方便
4.1.创建索引库
在elasticsearch提供的API中,与elasticsearch一切交互都封装在一个名为RestHighLevelClient
的类中,必须先完成这个对象的初始化,建立与elasticsearch的连接,之后才可以操作索引库和文档
分为三步:
1)引入es的RestHighLevelClient依赖:
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2)因为SpringBoot默认的ES版本是7.6.2,所以我们需要覆盖默认的ES版本:
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3)初始化RestHighLevelClient:
初始化的代码如下,这句代码就连接上了我们安装的elasticsearch:
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这里为了单元测试方便,我们创建一个测试类HotelIndexTest,然后将初始化的代码编写在@BeforeEach方法中:
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4.1.1.代码解读
创建索引库的API如下:
代码分为三步:
- 1)创建Request对象。因为是创建索引库的操作,因此Request是CreateIndexRequest。
- 2)添加请求参数,其实就是DSL的JSON参数部分。因为json字符串很长,这里是定义了静态字符串常量MAPPING_TEMPLATE,让代码看起来更加优雅。
- 3)发送请求,client.indices()方法的返回值是IndicesClient类型,封装了所有与索引库操作有关的方法。
4.1.2.完整示例
在hotel-demo的cn.itcast.hotel.constants包下,创建一个类,定义mapping映射的JSON字符串常量:
这里将创建索引库的DSL语句中的
mappings
部分准备好,然后剩下的部分使用java代码来拼接
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在hotel-demo中的HotelIndexTest测试类中,编写单元测试,实现创建索引:
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4.2.删除索引库
删除索引库的DSL语句非常简单:
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与创建索引库相比:
- 请求方式从PUT变为DELTE
- 请求路径不变
- 无请求参数
所以代码的差异,注意体现在Request对象上。依然是三步走:
- 1)创建Request对象。这次是DeleteIndexRequest对象
- 2)准备参数。这里是无参
- 3)发送请求。改用delete方法
在hotel-demo中的HotelIndexTest测试类中,编写单元测试,实现删除索引:
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4.3.判断索引库是否存在
判断索引库是否存在,本质就是查询,对应的DSL是:
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因此与删除的Java代码流程是类似的。依然是三步走:
- 1)创建Request对象。这次是GetIndexRequest对象
- 2)准备参数。这里是无参
- 3)发送请求。改用exists方法
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4.4.总结
JavaRestClient操作elasticsearch的流程基本类似。核心是client.indices()方法来获取索引库的操作对象。想要干什么就调用什么方法,例如create,delete,exists。。。
索引库操作的基本步骤:
- 初始化RestHighLevelClient
- 创建XxxIndexRequest。XXX是Create、Get、Delete
- 准备DSL( Create时需要,其它是无参)
- 发送请求。调用RestHighLevelClient#indices().xxx()方法,xxx是create、exists、delete
5.RestClient操作文档
为了与索引库操作分离,我们再次参加一个测试类,做两件事情:
- 初始化RestHighLevelClient
- 我们的酒店数据在数据库,需要利用IHotelService去查询,所以注入这个接口
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5.1.新增文档
我们要将数据库的酒店数据查询出来,写入elasticsearch中。
5.1.1.索引库实体类
数据库查询后的结果是一个Hotel类型的对象。结构如下,查询出来的酒店数据都将封装到这样一个实体中进行存储:
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与我们的索引库结构存在差异:
- longitude和latitude需要合并为location
因此,我们需要定义一个新的类型,与索引库结构吻合,相当于要将数据库的实体结构转换成es中的文档结构:
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5.1.2.语法说明
新增文档的DSL语句如下:
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对应的java代码如图:
可以看到与创建索引库类似,同样是三步走:
- 1)创建Request对象
- 2)准备请求参数,也就是DSL中的JSON文档
- 3)发送请求
变化的地方在于,这里直接使用client.xxx()的API,不再需要client.indices()了。因为我们不再是操作索引库,而是直接操作文档,只需要指定好索引库名即可
5.1.3.完整代码
我们导入酒店数据,基本流程一致,但是需要考虑几点变化:
- 酒店数据来自于数据库,我们需要先查询出来,得到hotel对象
- hotel对象需要转为HotelDoc对象
- HotelDoc需要序列化为json格式
查询,转换,存储
因此,代码整体步骤如下:
- 1)根据id查询酒店数据Hotel
- 2)将Hotel封装为HotelDoc
- 3)将HotelDoc序列化为JSON
- 4)创建IndexRequest,指定索引库名和id
- 5)准备请求参数,也就是JSON文档
- 6)发送请求
在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:
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5.2.查询文档
5.2.1.语法说明
查询的DSL语句如下:
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非常简单,因此代码大概分两步:
- 准备Request对象
- 发送请求
不过查询的目的是得到结果,解析为HotelDoc,因此难点是结果的解析。完整代码如下:
可以看到,结果是一个JSON,其中文档放在一个_source
属性中,因此解析就是拿到_source
,反序列化为Java对象即可。
与之前类似,也是三步走:
- 1)准备Request对象。这次是查询,所以是GetRequest
- 2)发送请求,得到结果。因为是查询,这里调用client.get()方法
- 3)解析结果,就是对JSON做反序列化
5.2.2.完整代码
在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:
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5.3.删除文档
删除的DSL为是这样的:
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与查询相比,仅仅是请求方式从DELETE变成GET,可以想象Java代码应该依然是三步走:
- 1)准备Request对象,因为是删除,这次是DeleteRequest对象。要指定索引库名和id
- 2)准备参数,无参
- 3)发送请求。因为是删除,所以是client.delete()方法
在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:
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5.4.修改文档
5.4.1.语法说明
修改我们讲过两种方式:
- 全量修改:本质是先根据id删除,再新增
- 增量修改:修改文档中的指定字段值
在RestClient的API中,全量修改与新增的API完全一致,判断依据是ID:
- 如果新增时,ID已经存在,则覆盖
- 如果新增时,ID不存在,则新增
这里不再赘述,我们主要关注增量修改。
代码示例如图:
与之前类似,也是三步走:
- 1)准备Request对象。这次是修改,所以是UpdateRequest
- 2)准备参数。也就是JSON文档,里面包含要修改的字段
- 3)更新文档。这里调用client.update()方法
5.4.2.完整代码
在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:
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5.5.批量导入文档
案例需求:利用BulkRequest
批量将数据库数据导入到索引库中。
步骤如下:
利用mybatis-plus查询所有的酒店数据
将查询到的酒店数据(Hotel)转换为文档类型数据(HotelDoc)
利用JavaRestClient中的BulkRequest批处理,实现批量新增文档
5.5.1.语法说明
批量处理BulkRequest,其本质就是将多个普通的CRUD请求组合在一起发送。
其中提供了一个add方法,用来添加其他请求:
可以看到,能添加的请求包括:
- IndexRequest,也就是新增
- UpdateRequest,也就是修改
- DeleteRequest,也就是删除
也就是可以进行批量的增删改
因此Bulk中添加了多个IndexRequest,就是批量新增功能了。示例:
其实还是三步走:
- 1)创建Request对象。这里是BulkRequest
- 2)准备参数。批处理的参数,就是其它Request对象,这里就是多个IndexRequest
- 3)发起请求。这里是批处理,调用的方法为client.bulk()方法
我们在导入酒店数据时,将上述代码改造成for循环处理即可。
5.5.2.完整代码
在hotel-demo的HotelDocumentTest测试类中,编写单元测试:
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5.6.小结
文档操作的基本步骤:
- 初始化RestHighLevelClient
- 创建XxxRequest。XXX是Index、Get、Update、Delete、Bulk,此时就不需要使用indices函数了,因为这里操作的是文档,可以直接调用对应的函数即可
- 准备参数(Index、Update、Bulk时需要)
- 发送请求。调用RestHighLevelClient#.xxx()方法,xxx是index、get、update、delete、bulk
- 解析结果(Get时需要),查询到了json之后,可以进一步将其转换成想要的java对象