在Elasticsearch中，是怎么根据一个词找到对应的倒排索引的？

大家好，我是锋哥。今天分享关于【在Elasticsearch中，是怎么根据一个词找到对应的倒排索引的？】面试题。希望对大家有帮助；

在Elasticsearch中，是怎么根据一个词找到对应的倒排索引的？

在 Elasticsearch 中，倒排索引（Inverted Index）是查询高效性的核心。倒排索引将每个词（token）映射到包含该词的文档列表，这使得 Elasticsearch 能够迅速确定哪些文档包含某个查询词。具体来说，当你执行一个搜索请求时，Elasticsearch 会查找倒排索引来定位包含查询词的文档。以下是如何在 Elasticsearch 中根据一个词找到对应的倒排索引的详细步骤：

1. 文档和字段的索引结构

Elasticsearch 是基于 Lucene 的，索引的核心是倒排索引。在 Elasticsearch 中，文档是以 JSON 格式存储的，每个文档可以包含多个字段，每个字段又可以有不同的数据类型（如 text、keyword、date 等）。通常，文本字段（如文章的标题或正文）会被分词（tokenize），每个词或词组都会生成一个 token。

当你向 Elasticsearch 索引文档时，系统会自动分析每个字段的内容，并为该字段生成倒排索引。

2. 倒排索引的结构

倒排索引的基本构成如下：

术语表（Terms）： 倒排索引的术语表（terms）记录了所有出现过的词（token）。这些词就是你查询时使用的关键词。
倒排列表（Posting List）： 对于术语表中的每个词，会有一个倒排列表，倒排列表包含了所有包含该词的文档 ID（以及可能的位置信息）。倒排列表的形式通常是一个文档 ID 的列表，但有时还会包含该词在文档中出现的频率或位置等额外信息。

例如，假设我们有以下三篇文档：

文档 1: "Elasticsearch is a search engine"
文档 2: "Elasticsearch powers search solutions"
文档 3: "Search engines are powerful tools"

在 Elasticsearch 中，首先会进行分词处理（假设使用默认的标准分词器），得到以下词汇：

文档 1: ["elasticsearch", "is", "a", "search", "engine"]
文档 2: ["elasticsearch", "powers", "search", "solutions"]
文档 3: ["search", "engines", "are", "powerful", "tools"]

然后，这些词汇会被放入倒排索引中，倒排索引的基本形式可能如下：

"elasticsearch" → [文档 1, 文档 2]
"search" → [文档 1, 文档 2, 文档 3]
"engine" → [文档 1, 文档 3]
"powers" → [文档 2]
"solutions" → [文档 2]
"engines" → [文档 3]
"are" → [文档 3]
"powerful" → [文档 3]
"tools" → [文档 3]

3. 倒排索引的构建过程

当你向 Elasticsearch 插入文档时，索引会经历以下过程来创建倒排索引：

文本分析：
- 每个字段（特别是 text 类型字段）会经过 分析器（analyzer）处理。分析器会首先对文本进行分词，即将文本内容切分成独立的单词（tokens）。
- 分词之后，文本还会经过 标准化处理，如将大写字母转换为小写字母、去除停用词（例如 "and"、"the" 等）等，具体处理方式由分析器的配置决定。
构建倒排索引：
- 分词后的每个 token 会被索引，并与对应的文档 ID 关联。例如，如果某个词出现在多个文档中，该词的倒排列表就会记录所有包含该词的文档 ID。
- Elasticsearch 将倒排索引按词语存储到一个词典（或称术语表）中。

4. 查询时的倒排索引查找

当你发起查询时，Elasticsearch 会通过以下步骤根据查询词找到倒排索引并快速定位相关文档：

4.1 查询解析

假设你提交了以下查询：

{
  "query": {
    "match": {
      "message": "search engine"
    }
  }
}

查询中的 "search engine" 会被分词为 ["search", "engine"]。

4.2 查找倒排索引

Elasticsearch 会在倒排索引中查找每个分词：

查找 "search"：根据倒排索引，Elasticsearch 查到 "search" 出现在文档 1、文档 2 和文档 3 中。
查找 "engine"：根据倒排索引，Elasticsearch 查到 "engine" 出现在文档 1 和文档 3 中。

4.3 合并结果

然后，Elasticsearch 会将这两个查询的结果合并。对于 match 查询，默认的行为是交集：即返回同时包含 "search" 和 "engine" 的文档。因此，最终匹配的文档是文档 1 和文档 3。

4.4 计算相关性

Elasticsearch 还会根据每个文档中查询词的出现频率、文档长度等因素计算相关性分数（score）。分数较高的文档会排在前面。

5. 倒排索引的优化

倒排索引的结构本身是高度优化的，以支持高效的查询：

压缩存储： 倒排索引会进行压缩存储，以节省空间。常见的压缩方式包括 delta 编码 和 前缀编码，这些方法可以显著减小索引的存储空间。
位置存储： 对于一些特殊类型的查询（如短语查询、近似查询），Elasticsearch 还会记录词语在文档中的位置，以支持精确的短语匹配。

总结

Elasticsearch 使用倒排索引来高效地支持搜索操作。每个查询词在倒排索引中都有一个倒排列表，列表中包含了包含该词的所有文档 ID。查询时，Elasticsearch 通过查找这些倒排列表，快速找出相关文档，然后根据相关性进行排序和过滤。通过使用倒排索引，Elasticsearch 能够在海量数据中快速定位到匹配的文档，从而提供高效的搜索性能。