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[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解

2021-12-15 分类：Elasticsearch 阅读(828)

ES详解 - 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解

除了查询之外，最常用的聚合了，ElasticSearch提供了三种聚合方式： 桶聚合（Bucket Aggregration)，指标聚合（Metric Aggregration) 和 管道聚合（Pipline Aggregration)。本文主要讲讲桶聚合（Bucket Aggregration)。@pdai

聚合的引入

我们在SQL结果中常有：

SELECT COUNT(color) 
FROM table
GROUP BY color

ElasticSearch中桶在概念上类似于 SQL 的分组（GROUP BY），而指标则类似于 COUNT() 、 SUM() 、 MAX() 等统计方法。

进而引入了两个概念：

  • 桶（Buckets） 满足特定条件的文档的集合
  • 指标（Metrics） 对桶内的文档进行统计计算

所以ElasticSearch包含3种聚合（Aggregation)方式

  • 桶聚合（Bucket Aggregration) - 本文中详解
  • 指标聚合（Metric Aggregration) - 下文中讲解
  • 管道聚合（Pipline Aggregration) - 再下一篇讲解
    • 聚合管道化，简单而言就是上一个聚合的结果成为下个聚合的输入；

（PS:指标聚合和桶聚合很多情况下是组合在一起使用的，其实你也可以看到，桶聚合本质上是一种特殊的指标聚合，它的聚合指标就是数据的条数count)

如何理解Bucket聚合

如果你直接去看文档，大概有几十种：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图

要么你需要花大量时间学习，要么你已经迷失或者即将迷失在知识点中...

所以你需要稍微站在设计者的角度思考下，不难发现设计上大概分为三类（当然有些是第二和第三类的融合）

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图1

（图中并没有全部列出内容，因为图要表达的意图我觉得还是比较清楚的，这就够了；有了这种思虑和认知，会大大提升你的认知效率。）

按知识点学习聚合

我们先按照官方权威指南中的一个例子，学习Aggregation中的知识点。

准备数据

让我们先看一个例子。我们将会创建一些对汽车经销商有用的聚合，数据是关于汽车交易的信息：车型、制造商、售价、何时被出售等。

首先我们批量索引一些数据：

POST /test-agg-cars/_bulk
{ "index": {}}
{ "price" : 10000, "color" : "red", "make" : "honda", "sold" : "2014-10-28" }
{ "index": {}}
{ "price" : 20000, "color" : "red", "make" : "honda", "sold" : "2014-11-05" }
{ "index": {}}
{ "price" : 30000, "color" : "green", "make" : "ford", "sold" : "2014-05-18" }
{ "index": {}}
{ "price" : 15000, "color" : "blue", "make" : "toyota", "sold" : "2014-07-02" }
{ "index": {}}
{ "price" : 12000, "color" : "green", "make" : "toyota", "sold" : "2014-08-19" }
{ "index": {}}
{ "price" : 20000, "color" : "red", "make" : "honda", "sold" : "2014-11-05" }
{ "index": {}}
{ "price" : 80000, "color" : "red", "make" : "bmw", "sold" : "2014-01-01" }
{ "index": {}}
{ "price" : 25000, "color" : "blue", "make" : "ford", "sold" : "2014-02-12" }

标准的聚合

有了数据，开始构建我们的第一个聚合。汽车经销商可能会想知道哪个颜色的汽车销量最好，用聚合可以轻易得到结果，用 terms 桶操作：

GET /test-agg-cars/_search
{
    "size" : 0,
    "aggs" : { 
        "popular_colors" : { 
            "terms" : { 
              "field" : "color.keyword"
            }
        }
    }
}

  1. 聚合操作被置于顶层参数 aggs 之下（如果你愿意，完整形式 aggregations 同样有效）。
  2. 然后，可以为聚合指定一个我们想要名称，本例中是： popular_colors 。
  3. 最后，定义单个桶的类型 terms 。

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图2

  1. 因为我们设置了 size 参数，所以不会有 hits 搜索结果返回。
  2. popular_colors 聚合是作为 aggregations 字段的一部分被返回的。
  3. 每个桶的 key 都与 color 字段里找到的唯一词对应。它总会包含 doc_count 字段，告诉我们包含该词项的文档数量。
  4. 每个桶的数量代表该颜色的文档数量。

多个聚合

同时计算两种桶的结果：对color和对make。

GET /test-agg-cars/_search
{
    "size" : 0,
    "aggs" : { 
        "popular_colors" : { 
            "terms" : { 
              "field" : "color.keyword"
            }
        },
        "make_by" : { 
            "terms" : { 
              "field" : "make.keyword"
            }
        }
    }
}

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图3

聚合的嵌套

这个新的聚合层让我们可以将 avg 度量嵌套置于 terms 桶内。实际上，这就为每个颜色生成了平均价格。

GET /test-agg-cars/_search
{
   "size" : 0,
   "aggs": {
      "colors": {
         "terms": {
            "field": "color.keyword"
         },
         "aggs": { 
            "avg_price": { 
               "avg": {
                  "field": "price" 
               }
            }
         }
      }
   }
}

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图4

正如 颜色 的例子，我们需要给度量起一个名字（ avg_price ）这样可以稍后根据名字获取它的值。最后，我们指定度量本身（ avg ）以及我们想要计算平均值的字段（ price ）

动态脚本的聚合

这个例子告诉你，ElasticSearch还支持一些基于脚本（生成运行时的字段）的复杂的动态聚合。

GET /test-agg-cars/_search
{
  "runtime_mappings": {
    "make.length": {
      "type": "long",
      "script": "emit(doc['make.keyword'].value.length())"
    }
  },
  "size" : 0,
  "aggs": {
    "make_length": {
      "histogram": {
        "interval": 1,
        "field": "make.length"
      }
    }
  }
}

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图5

histogram可以参考后文内容。

按分类学习Bucket聚合

我们在具体学习时，也无需学习每一个点，基于上面图的认知，我们只需用20%的时间学习最为常用的80%功能即可，其它查查文档而已。@pdai

前置条件的过滤：filter

在当前文档集上下文中定义与指定过滤器(Filter)匹配的所有文档的单个存储桶。通常，这将用于将当前聚合上下文缩小到一组特定的文档。

GET /test-agg-cars/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "make_by": {
      "filter": { "term": { "type": "honda" } },
      "aggs": {
        "avg_price": { "avg": { "field": "price" } }
      }
    }
  }
}

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图6

对filter进行分组聚合：filters

设计一个新的例子, 日志系统中，每条日志都是在文本中，包含warning/info等信息。

PUT /test-agg-logs/_bulk?refresh
{ "index" : { "_id" : 1 } }
{ "body" : "warning: page could not be rendered" }
{ "index" : { "_id" : 2 } }
{ "body" : "authentication error" }
{ "index" : { "_id" : 3 } }
{ "body" : "warning: connection timed out" }
{ "index" : { "_id" : 4 } }
{ "body" : "info: hello pdai" }

我们需要对包含不同日志类型的日志进行分组，这就需要filters:

GET /test-agg-logs/_search
{
  "size": 0,
  "aggs" : {
    "messages" : {
      "filters" : {
        "other_bucket_key": "other_messages",
        "filters" : {
          "infos" :   { "match" : { "body" : "info"   }},
          "warnings" : { "match" : { "body" : "warning" }}
        }
      }
    }
  }
}

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图7

对number类型聚合：Range

基于多桶值源的聚合，使用户能够定义一组范围-每个范围代表一个桶。在聚合过程中，将从每个存储区范围中检查从每个文档中提取的值，并“存储”相关/匹配的文档。请注意，此聚合包括from值，但不包括to每个范围的值。

GET /test-agg-cars/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "price_ranges": {
      "range": {
        "field": "price",
        "ranges": [
          { "to": 20000 },
          { "from": 20000, "to": 40000 },
          { "from": 40000 }
        ]
      }
    }
  }
}

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图8

对IP类型聚合：IP Range

专用于IP值的范围聚合。

GET /ip_addresses/_search
{
  "size": 10,
  "aggs": {
    "ip_ranges": {
      "ip_range": {
        "field": "ip",
        "ranges": [
          { "to": "10.0.0.5" },
          { "from": "10.0.0.5" }
        ]
      }
    }
  }
}

返回

{
  ...

  "aggregations": {
    "ip_ranges": {
      "buckets": [
        {
          "key": "*-10.0.0.5",
          "to": "10.0.0.5",
          "doc_count": 10
        },
        {
          "key": "10.0.0.5-*",
          "from": "10.0.0.5",
          "doc_count": 260
        }
      ]
    }
  }
}

  • CIDR Mask分组

此外还可以用CIDR Mask分组

GET /ip_addresses/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "ip_ranges": {
      "ip_range": {
        "field": "ip",
        "ranges": [
          { "mask": "10.0.0.0/25" },
          { "mask": "10.0.0.127/25" }
        ]
      }
    }
  }
}

返回

{
  ...

  "aggregations": {
    "ip_ranges": {
      "buckets": [
        {
          "key": "10.0.0.0/25",
          "from": "10.0.0.0",
          "to": "10.0.0.128",
          "doc_count": 128
        },
        {
          "key": "10.0.0.127/25",
          "from": "10.0.0.0",
          "to": "10.0.0.128",
          "doc_count": 128
        }
      ]
    }
  }
}

  • 增加key显示
GET /ip_addresses/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "ip_ranges": {
      "ip_range": {
        "field": "ip",
        "ranges": [
          { "to": "10.0.0.5" },
          { "from": "10.0.0.5" }
        ],
        "keyed": true // here
      }
    }
  }
}

返回

{
  ...

  "aggregations": {
    "ip_ranges": {
      "buckets": {
        "*-10.0.0.5": {
          "to": "10.0.0.5",
          "doc_count": 10
        },
        "10.0.0.5-*": {
          "from": "10.0.0.5",
          "doc_count": 260
        }
      }
    }
  }
}

  • 自定义key显示
GET /ip_addresses/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "ip_ranges": {
      "ip_range": {
        "field": "ip",
        "ranges": [
          { "key": "infinity", "to": "10.0.0.5" },
          { "key": "and-beyond", "from": "10.0.0.5" }
        ],
        "keyed": true
      }
    }
  }
}

返回

{
  ...

  "aggregations": {
    "ip_ranges": {
      "buckets": {
        "infinity": {
          "to": "10.0.0.5",
          "doc_count": 10
        },
        "and-beyond": {
          "from": "10.0.0.5",
          "doc_count": 260
        }
      }
    }
  }
}

对日期类型聚合：Date Range

专用于日期值的范围聚合。

GET /test-agg-cars/_search
{
  "size": 0,
  "aggs": {
    "range": {
      "date_range": {
        "field": "sold",
        "format": "yyyy-MM",
        "ranges": [
          { "from": "2014-01-01" },  
          { "to": "2014-12-31" } 
        ]
      }
    }
  }
}

结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图9

此聚合与Range聚合之间的主要区别在于 from和to值可以在Date Math表达式 (opens new window)中表示，并且还可以指定日期格式，通过该日期格式将返回from and to响应字段。请注意，此聚合包括from值，但不包括to每个范围的值。

对柱状图功能：Histrogram

直方图 histogram 本质上是就是为柱状图功能设计的。

创建直方图需要指定一个区间，如果我们要为售价创建一个直方图，可以将间隔设为 20,000。这样做将会在每个 $20,000 档创建一个新桶，然后文档会被分到对应的桶中。

对于仪表盘来说，我们希望知道每个售价区间内汽车的销量。我们还会想知道每个售价区间内汽车所带来的收入，可以通过对每个区间内已售汽车的售价求和得到。

可以用 histogram 和一个嵌套的 sum 度量得到我们想要的答案：

GET /test-agg-cars/_search
{
   "size" : 0,
   "aggs":{
      "price":{
         "histogram":{ 
            "field": "price.keyword",
            "interval": 20000
         },
         "aggs":{
            "revenue": {
               "sum": { 
                 "field" : "price"
               }
             }
         }
      }
   }
}

  1. histogram 桶要求两个参数：一个数值字段以及一个定义桶大小间隔。
  2. sum 度量嵌套在每个售价区间内，用来显示每个区间内的总收入。

如我们所见，查询是围绕 price 聚合构建的，它包含一个 histogram 桶。它要求字段的类型必须是数值型的同时需要设定分组的间隔范围。 间隔设置为 20,000 意味着我们将会得到如 [0-19999, 20000-39999, ...] 这样的区间。

接着，我们在直方图内定义嵌套的度量，这个 sum 度量，它会对落入某一具体售价区间的文档中 price 字段的值进行求和。 这可以为我们提供每个售价区间的收入，从而可以发现到底是普通家用车赚钱还是奢侈车赚钱。

响应结果如下：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图10

结果很容易理解，不过应该注意到直方图的键值是区间的下限。键 0 代表区间 0-19，999 ，键 20000 代表区间 20，000-39，999 ，等等。

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图11

当然，我们可以为任何聚合输出的分类和统计结果创建条形图，而不只是 直方图 桶。让我们以最受欢迎 10 种汽车以及它们的平均售价、标准差这些信息创建一个条形图。 我们会用到 terms 桶和 extended_stats 度量：

GET /test-agg-cars/_search
{
  "size" : 0,
  "aggs": {
    "makes": {
      "terms": {
        "field": "make.keyword",
        "size": 10
      },
      "aggs": {
        "stats": {
          "extended_stats": {
            "field": "price"
          }
        }
      }
    }
  }
}

上述代码会按受欢迎度返回制造商列表以及它们各自的统计信息。我们对其中的 stats.avg 、 stats.count 和 stats.std_deviation 信息特别感兴趣，并用 它们计算出标准差：

std_err = std_deviation / count

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图12

对应报表：

[Elasticsearch] 聚合：聚合查询之Bucket聚合详解插图13

参考文章

https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/search-aggregations-bucket.html

https://www.elastic.co/guide/cn/elasticsearch/guide/current/_aggregation_test_drive.html

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