原载于Elastic中文社区: https://elasticsearch.cn/article/304
本文是针对社区问题question#2484 的分析和总结。
问题概述
一个线上集群，执行的Query DSL都是一样的，只是参数不同。 统计数据显示98-99%的查询响应速度都很快，只需要4 -6ms， 但有1%左右的查询响应时间在100ms - 200ms。 集群硬件配置较高，使用的SSD，系统可用内存远高于索引文件大小总和，并且线上已经运行有一段时间，数据应该已经充分预热。
诊断过程及结论
比较巧的是，问题提出者刚好是我们自家公司的开发者，因此内部联系沟通了下，为问题的快速诊断提供了不少便利。
首先用公司的监控系统排查了一遍集群所有关键数据，未发现任何可能引起查询耗时高的性能瓶颈问题。 因此初步怀疑就是有查询本身比较慢。 幸好公司有应用埋点系统和日志系统，因此很方便的拿到了应用端发出的一些慢查询样例，包括请求体以及耗时。
以下是埋点系统里记录的一个耗时150ms的查询 (隐去了敏感信息，去掉了非关键部分):
POST /xxxindex/xxxdb/_search?routing=Mxxxxxxx
{
"from": 0,
"size": 100,
"query": {
"bool": {
"filter": [
{
"bool": {
"must": [
{
"bool": {
"must": [
{
"bool": {
"should": [
{
"match_phrase": {
"ord_orders_uid": {
"query": "Mxxxxxxx",
"slop": 0,
"boost": 1
}
}
}
],
"disable_coord": false,
"adjust_pure_negative": true,
"boost": 1
}
},
{
"range": {
"ord_orders_orderdate": {
"from": "1405032032",
"to": "1504014193",
"include_lower": true,
"include_upper": true,
"boost": 1
}
}
},
{
"term": {
"ord_orders_ispackageorder": {
"value": 0,
"boost": 1
}
}
},
{
"bool": {
"must_not": [
{
"exists": {
"field": "ord_hideorder_orderid",
"boost": 1
}
}
],
"disable_coord": false,
"adjust_pure_negative": true,
"boost": 1
}
}
],
"disable_coord": false,
"adjust_pure_negative": true,
"boost": 1
}
}
],
"disable_coord": false,
"adjust_pure_negative": true,
"boost": 1
}
}
],
"disable_coord": false,
"adjust_pure_negative": true,
"boost": 1
}
}
}
拿到查询后，自己手动执行了一下，0 hits，耗时1ms。 心里明白，命中了Query Cache，所以才会这么快。
于是用clear api清掉Query Cache，然后再执行几次，有以下发现：
- 头两次查询耗时38ms左右。 这是因为没有cache，需要访问倒排索引，耗时符合预期。 之所以两次同样耗时，是因为索引有1个复制片，两次查询分别分配到主和副片上。
- 接下来两次查询耗时150ms左右。 这里要打一个大大的问号？？？
- 之后不管再查询多少次， 耗时全部是1ms，因为又开始命中Cache。
至此，大致明白，埋点系统里记录到的高耗时查询，是步骤2的两次操作。 什么操作耗时这么久呢？ 根据经验，我判断主要是用于为range filter生成缓存，也就生成生成文档列表的bitmap，然后存放到Query Cache里。
这个集群版本是5.1.1， 而我记得ES某个5版本开始，去掉了对term filter的cache，理由是term filter速度足够快，缓存term filter往往得不偿失。 查了官方release notes，证实这个改变正好是从5.1.1开始的#21566，因此上面查询里的term filters被排除掉，注意力集中到了查询里唯一的一个range filter。
单独执行了一下这个range filter，match的文档是千万数量级的。 询问用户，为何这个range filter会hit这么多文档，得知用户主要就是查询从当前时间开始至过去1年的数据，类似于做了一个now-1y TO now这样的过滤。至此初步得出结论，因为这个range filter匹配的文档太多了，在Query Cache里为这个filter构建bitmap耗时会有些高，应该就是它带来了那额外的100多个ms。
但是还有一个待解释的问题，这种高耗时查询比例为何这么高？ 再仔细想想也就明白了：因为这个集群的搜索并发量还是有点高，300 -400/s的样子，加上时间字段的精度是秒，所以，在某一秒刚开始的时候，头2次查询因为没有cache，耗时可能在38ms左右，之后会有2次查询因为需要缓存range filter，耗时会增加到150-200ms的样子，之后这1秒里剩余的查询都会命中cache，全部是几个ms， 直到下一秒开始， 周而复始。 因为每秒钟都产生2个这样需要构建缓存的查询，耗时较高，对比每秒几百次的查询量，换算成百分比就有点高了。
那么怎么解决这个问题？ 对于大量含有从now-xxx TO now这样的range查询，实际上官方的文档有对应的加速技巧介绍：tune-for-search-speed.html#_search_rounded_dates 。也就是说，将查询时间的上下限round到整分钟，或者整小时，让range filter可以缓存得更久，避免出现这种过于频繁重建cache的情况。
{
"range": {
"my_date": {
"gte": "now-1y/h",
"lte": "now-1y/h"
}
}
}
在原始Query里，将range filter写成上述形式，手动测试证实可行，range filter有效期延长到1小时，从而每个小时里，只需要为range filter重建2次Cache，至此问题解决。
总结:
- Cache并非建得越多越好，因为Cache的生成和Evict会带来额外的开销。特别是结果集非常大的filter，缓存的代价相对查询本身可能非常高。
- ES 5.1.1开始取消了Terms filter Cache，因为Terms filter执行非常快，取消缓存多数情况下反而可以提高性能。
- 大量用到
Now-xxxd To Now这样的Range filter时，可以借助round date技巧，提高Cache的有效期，减轻频繁重建Cache带来的性能问题。
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