Elasticsearch là gì? Nguyên tắc hoạt động của Elasticsearch

Elasticsearch là một công cụ tìm kiếm và phân tích dữ liệu mã nguồn mở mạnh mẽ, thường được sử dụng để xây dựng các ứng dụng tìm kiếm quy mô lớn. Trong bài viết này, mình sẽ giới thiệu Elasticsearch là gì, đi sâu vào các tính năng và kiến trúc của nó, và giúp bạn hiểu rõ hơn về cách Elasticsearch có thể giải quyết các bài toán tìm kiếm và phân tích dữ liệu phức tạp.

Những điểm chính

• Khái niệm Elasticsearch: Là công cụ tìm kiếm phân tán dựa trên Apache Lucene, cho phép lưu trữ và truy vấn dữ liệu nhanh chóng qua giao diện web hỗ trợ JSON.
• Ai nên sử dụng Elasticsearch: Doanh nghiệp, lập trình viên, quản trị hệ thống, chuyên gia dữ liệu, quản lý nhân sự và marketer ứng dụng Elasticsearch để tìm kiếm, phân tích, giám sát và trực quan hóa dữ liệu trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
• Nguyên lý hoạt động của Elasticsearch: Công cụ Elasticsearch nhận dữ liệu từ nhiều nguồn, phân tích và đánh chỉ mục, sau đó cho phép người dùng truy vấn dữ liệu nhanh chóng thông qua giao diện RESTful với dữ liệu dạng JSON, mang lại hiệu quả tìm kiếm cao.
• Vì sao nên ứng dụng Elasticsearch: Công cụ này dễ tích hợp vào mọi hệ thống nhờ hoạt động độc lập và hỗ trợ giao diện web HTTP, đồng thời cho phép thao tác dữ liệu linh hoạt, giúp người dùng dễ dàng quản lý và truy vấn thông tin.
• Các khái niệm cơ bản của Elasticsearch gồm: Document (dữ liệu), Index (tập hợp dữ liệu), Shard (phân vùng), Node (máy chủ) và Cluster (cụm máy chủ phối hợp lưu trữ, xử lý).
• Ưu và nhược điểm của Elasticsearch: Nổi bật với khả năng tìm kiếm nhanh, mở rộng linh hoạt và tích hợp dễ dàng, nhưng hạn chế về hỗ trợ giao dịch, hiệu năng CRUD và không phù hợp làm cơ sở dữ liệu chính cho các hệ thống cập nhật dữ liệu thường xuyên.
• So sánh Elasticsearch và RDBMS: Trong đó Elasticsearchsử dụng các khái niệm tương tự RDBMS: Index (Table), Document (Row), Cluster (Database) và Field (Column).
• Hướng dẫn cách cài đặt và khởi động Elasticsearch: trên hệ điều hành Linux, bao gồm kiểm tra Java, cài đặt qua APT hoặc file .deb, và cách khởi động dịch vụ Elasticsearch.
• Trình bày các lệnh cơ bản để thao tác dữ liệu với Elasticsearch như: liệt kê, tạo cấu trúc, kiểm tra, thêm/sửa/xóa dữ liệu, tìm kiếm và xóa index bằng các lệnh curl.
• Giới thiệu về các tài liệu tham khảo: giúp bạn tìm hiểu sâu hơn về Elasticsearch, bao gồm hướng dẫn sử dụng các API và các thao tác nâng cao với Index.
• Các doanh nghiệp lớn và tổ chức nổi tiếng: đang sử dụng Elasticsearch để quản lý, tìm kiếm và phân tích dữ liệu hiệu quả như StumbleUpon, Netflix,…
• Giới thiệu về Vietnix: Một nhà cung cấp dịch vụ VPS và hosting uy tín tại Việt Nam với hơn 13 năm kinh nghiệm, phục vụ hơn 100.000 khách hàng.
• Giải thích các câu hỏi liên quan đến Elasticsearch: giúp bạn hiểu rõ hơn về cách cài đặt, cấu hình, thao tác dữ liệu, sử dụng các API tìm kiếm, tối ưu hiệu suất cũng như vận hành và bảo mật hệ thống

Elasticsearch là gì?

Elasticsearch là một công cụ tìm kiếm (Search Engine) phát triển dựa trên nền tảng Apache Lucene, cung cấp một bộ máy tìm kiếm ở dạng phân tán, với đầy đủ thông tin có giao diện web HTTP có hỗ trợ JSON. Elasticsearch được ra mắt năm 2010 bởi Shay Banon, cho phép ta chuyển dữ liệu vào và tìm kiếm trực tiếp, thay vì tìm kiếm trong một hệ quản lý cơ sở dữ liệu thông thường như Oracle, MySQL,…

Chi tiết về Elasticsearch như sau:

• Elasticsearch là một bộ máy tìm kiếm mạnh mẽ (Search Engine).
• Elasticsearch được xây dựng dựa trên nền tảng Lucene Apache.
• Về bản chất, Elasticsearch hoạt động như một webserver, cung cấp khả năng tìm kiếm gần như tức thì thông qua giao thức RESTful.
• Elasticsearch còn có thể thực hiện phân tích và thống kê dữ liệu.
• Elasticsearch chạy trên một máy chủ độc lập và giao tiếp thông qua RESTful, cho phép tích hợp dễ dàng với mọi loại ứng dụng hoặc hệ thống, bất kể ngôn ngữ lập trình. Chỉ cần gửi yêu cầu HTTP, bạn sẽ nhận được kết quả.
• Elasticsearch là một hệ thống phân tán với khả năng mở rộng ngang (horizontal scalability) ấn tượng. Việc thêm các node mới sẽ tự động mở rộng hệ thống.
• Elasticsearch là một dự án mã nguồn mở được phát triển bằng Java.

Elasticsearch thường hoạt động với các thành phần khác trong ELK Stack, Logstash và Kibana, trong đó đóng vai trò lập chỉ mục dữ liệu.  Ngay từ khi ra mắt, Elasticsearch đã gây ấn tượng với giới developer và nhanh chóng trở thành một trong những công cụ tìm kiếm phổ biến nhất. 

Đối tượng sử dụng Elasticsearch

• Doanh nghiệp và tổ chức: Các công ty và tổ chức tận dụng Elasticsearch nhằm phục vụ nhu cầu tìm kiếm, phân tích dữ liệu trên các ứng dụng web, thiết bị di động hoặc hệ thống nội bộ. Ngoài ra, công nghệ này còn thường xuyên được triển khai để xây dựng các nền tảng phân tích dữ liệu theo thời gian thực.
• Lập trình viên phần mềm: Elasticsearch đem lại giải pháp mạnh mẽ cho lập trình viên trong việc phát triển các ứng dụng tìm kiếm nâng cao, hệ thống quản lý và phân tích log cũng như xử lý dữ liệu quy mô lớn.
• Quản trị hệ thống và mạng: Những người phụ trách hệ thống và mạng sử dụng Elasticsearch để giám sát, phân tích log hệ thống, hỗ trợ phát hiện sự cố và truy xuất thông tin trọng yếu một cách nhanh chóng.
• Chuyên gia phân tích và khoa học dữ liệu: Các chuyên viên phân tích dữ liệu, nhà khoa học dữ liệu tận dụng Elasticsearch để truy xuất thông tin, thực hiện phân tích chuyên sâu và trực quan hóa dữ liệu phục vụ cho các báo cáo hoặc nghiên cứu.
• Quản lý cơ sở hạ tầng và nhân sự: Elasticsearch còn được áp dụng trong việc tra cứu dữ liệu về cơ sở hạ tầng, hỗ trợ quản lý nguồn nhân lực cũng như quản lý dự án.
• Lĩnh vực tiếp thị và quảng cáo: Trong ngành quảng cáo và marketing, Elasticsearch giúp người dùng tìm kiếm, phân loại và phân tích dữ liệu khách hàng, đo lường lưu lượng truy cập cùng xác định các khách hàng tiềm năng.

Elasticsearch hoạt động như thế nào?

Về cơ bản, Elasticsearch hoạt động như một Cloud Server có khả năng tìm kiếm thông qua cơ chế RESTful. Trong đó, người dùng tạo ra các HTTP Request và dữ liệu dạng JSON, sau đó nhập vào Elasticsearch. Các dữ liệu này đều được đánh Index (Chỉ mục), giúp đem lại hiệu quả tìm kiếm rất cao.

Đầu tiên, dữ liệu được đưa vào Elasticsearch từ nhiều nguồn khác nhau, sau đó được phân tích, xử lý, trong quá trình nhập liệu. Tiếp theo, dữ liệu được phân loại và chỉ mục, được đẩy lên Server Elasticsearch. Cuối cùng, người dùng có thể tạo các truy vấn phức tạp và lấy dữ liệu được trả về từ server Elasticsearch.

Lý do nên sử dụng Elasticsearch?

Elasticsearch được lập trình bằng ngôn ngữ Java, sở hữu các tính năng chung trong Java như thêm, sửa, xóa dữ liệu đối với giao diện web HTTP, giúp người dùng dễ thao tác và kiểm soát hoạt động.

Ngoài ra, Elasticsearch hoạt động trên server riêng, không phụ thuộc vào ngôn ngữ hay hệ thống lập trình của người dùng. Nhờ đó rất dễ dàng tích hợp vào hệ thống, người dùng chỉ cần gửi request HTTP và kết quả sẽ được trả về.

1. Document

Document là thông tin cơ bản được lập chỉ mục trong Elasticsearch, là đơn vị lưu trữ dữ liệu nhỏ nhất trong Elasticsearch. Document có thể là văn bản, hoặc có thể là bất kỳ dạng cấu trúc dữ liệu nào được mã hóa bằng JSON như số, chuỗi, ngày tháng,…

Mỗi Document có một ID duy nhất cho một kiểu dữ liệu duy nhất. Ví dụ, một Document có thể đại diện cho một bài báo bách khoa toàn thư.

2. Index trong Elasticsearch là gì?

Index (Chỉ mục) là tập hợp các tài liệu có đặc điểm liên quan về mặt logic. Ví dụ: Trong trang web của một sàn thương mại điện tử, bạn sẽ tìm thấy một Chỉ mục cho Khách hàng, một Chỉ mục cho Sản phẩm,… Chỉ mục được sử dụng để tìm kiếm, thêm mới hoặc xóa các tài liệu trong đó.

Một khái niệm trong Index mà bạn nên biết đó là Inverted Index (Chỉ mục đảo ngược). Chỉ mục đảo ngược không lưu trữ trực tiếp các chuỗi mà chia từng tài liệu thành các cụm từ tìm kiếm riêng lẻ. Nhờ đó, người dùng có thể tìm thấy các kết quả phù hợp nhanh chóng, kể cả trong các tệp dữ liệu với khối lượng lớn.

3. Shard

Shard là tập con các Document của 1 Index, là đơn vị lưu trữ dữ liệu nhỏ nhất, hoạt động ở mức thấp nhất. Bằng cách phân phối Documents trong một Index trên nhiều Shard, Elasticsearch có thể đảm bảo tính dự phòng, bảo vệ hệ thống khỏi lỗi phần cứng và giúp tăng khả năng truy vấn khi hoạt động.

Có 2 loại Shard là : Primary Shard và Replica Shard. 

• Primary Shard được lưu trữ dữ liệu và đánh Index, sau đó được vận chuyển tới các Replica Shard.
• Replica Shard là nơi lưu trữ dữ liệu nhân bản của Primary Shard, giúp đảm bảo dữ liệu Primary Shard được toàn vẹn ngay cả khi hệ thống xảy ra vấn đề.

4. Node

Node được coi là bộ phận “đầu não” của Elasticsearch. Đây là nơi lưu trữ dữ liệu trực tiếp, đánh Index của Cluster và thực hiện các thao tác tìm kiếm dữ liệu. Mỗi Node thường được định danh bằng 1 một cái tên duy nhất.

5. Cluster

Cluster là tập hợp các nodes hoạt động cùng với nhau. Mỗi Cluster có một Node chính được lựa chọn tự động, Node này có thể thay thế. Một trong những lỗi sai của các developer mới là định danh các Cluster trùng tên nhau, điều này sẽ gây lỗi cho các Node. Bạn nên lưu ý vấn đề này khi tiến hành setup.

Ưu điểm

• Tìm kiếm dữ liệu nhanh chóng: Điều này có được nhờ cơ chế hoạt động của Elasticsearch thay vì tìm kiếm văn bản trực tiếp, nó tìm kiếm một Index. Nó sử dụng cấu trúc Document thay vì bảng và lược đồ.
• Khả năng phân phối mở rộng: Bản chất phân tán của Elasticsearch giúp người dùng mở rộng quy mô lên hàng trăm, hàng nghìn máy chủ và xử lý hàng petabyte dữ liệu.

• Đơn giản hóa hiển thị và báo cáo dữ liệu: Elasticsearch cho phép tích hợp với Beats và Logstash, giúp người dùng dễ dàng xử lý dữ liệu trước khi đưa vào Elasticsearch. Ngoài ra, khả năng trực quan hóa giao diện giúp truy cập dữ liệu một cách nhanh chóng.
• Tính năng vượt trội: Elasticsearch cung cấp một số tính năng vượt trội cho phép người dùng lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu hiệu quả như cuộn dữ liệu và quản lý vòng đời Index.

Ngoài ra, Elasticsearch cũng hỗ trợ dữ liệu từ Java, PhP, Javascript, .NET, Python, giúp người dùng dễ dàng hơn trong quá trình sử dụng và chuyển đổi.

Nhược điểm

• Elasticsearch được tối ưu hóa cho việc tìm kiếm, do đó, đối với các tác vụ khác như CRUD, nó có phần yếu thế hơn so với các cơ sở dữ liệu như MongoDB hay MySQL. Vì lý do này, Elasticsearch thường không được sử dụng làm cơ sở dữ liệu chính, mà thường được triển khai kết hợp với một hệ quản trị CSDL khác.
• Elasticsearch không hỗ trợ khái niệm transaction, đồng nghĩa với việc nó không đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu trong các thao tác Insert, Update, Delete. Khi thực hiện thay đổi trên nhiều bản ghi, nếu xảy ra lỗi, có thể dẫn đến sai lệch logic hoặc thậm chí mất mát dữ liệu. Đây là một lý do quan trọng khiến Elasticsearch không phù hợp để làm cơ sở dữ liệu chính.
• Ngoài ra, Elasticsearch không phải là lựa chọn tối ưu cho các hệ thống có tần suất cập nhật dữ liệu cao, do chi phí đánh chỉ mục (index) dữ liệu sẽ rất lớn.

>> Xem thêm: PHP-FPM là gì? Mọi thứ bạn cần biết về PHP-FPM

So sánh Elasticsearch với RDBMS

RDBMS là Hệ thống cơ sở quản lý dữ liệu quan hệ, gồm có các công cụ như Oracle, MySQL, MS Server, PostgreSQL.

Sau đây là sự khác biệt giữa Elasticsearch với RDBMS:

Để cài đặt và sử dụng Elasticsearch, bạn cần có Java 8 trở lên và phải thiết lập biến môi trường JAVA_HOME. Bạn có thể kiểm tra biến môi trường JAVA_HOME bằng lệnh: echo $JAVA_HOME

Cài đặt Elasticsearch

Cách 1: Sử dụng APT Repository

Bước 1: Cài gói apt-transport-https

sudo apt-get install apt-transport-https

Bước 2: Lưu định nghĩa repository vào /etc/apt/sources.list.d/elastic-6.x.list:

(Repository mặc định KHÔNG có elasticsearch)

echo “deb https://artifacts.elastic.co/packages/6.x/apt stable main” | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/elastic-6.x.list

Bước 3: Cài đặt Elasticsearch bằng lệnh:

sudo apt-get update && sudo apt-get install elasticsearch

Cách 2: Sử dụng File .deb

wget https://artifacts.elastic.co/downloads/elasticsearch/elasticsearch-6.4.0.deb

wget https://artifacts.elastic.co/downloads/elasticsearch/elasticsearch-6.4.0.deb.sha512

shasum -a 512 -c elasticsearch-6.4.0.deb.sha512 

sudo dpkg -i elasticsearch-6.4.0.deb

Chạy Elasticsearch

Elasticsearch sẽ không tự động chạy sau khi cài đặt và bạn sẽ cần phải khởi động nó theo cách thủ công. Lệnh để chạy server elasticsearch$ sudo systemctl start elasticsearch.service:

$ sudo systemctl start elasticsearch.service

Các lệnh cơ bản để thao tác với dữ liệu trong Elasticsearch

Liệt kê các index:

$ curl -X GET "localhost:9200/_cat/indices?v"

Tạo cấu trúc (mapping) cho document trong index (ví dụ: thêm member với các thuộc tính):

$ curl -X PUT http://localhost:9200/team/_mapping/member?{&"properties"= {&"id"= { "type": "text" },&"name"= { "type": "text" },&"email"= { "type": "text" },&"age"= { "type": "integer" },&"phone"= { "type": "text" },&"image"= { "type": "text" },&"technologies"= {"type" : "text" }&}&}

Kiểm tra thông tin của một index:

$ curl -X GET http://localhost:9200/team?pretty

Thêm hoặc sửa dữ liệu hàng loạt trong index (ví dụ: index “team”, type “member”):

$ curl -X PUT http://localhost:9200/team/member/_bulk?{"create"= { "_id": 1, "_type": "member"}&{"id"= "5510ce4ee174054836ef3c5a","name": "Vargas Rosa","email": "[email protected]","age": 25,"phone": "+1 (807) 530–3567","image": "http://api.randomuser.me/portraits/men/78.jpg","description": "enim Lorem upidatat et nostrud ut irure qui qui nulla qui deserunt fugiat laborum elit","technologies": "ios javascript python"}&{"create"= { "_id": 2, "_type": "member"}&{"id"= "5510ce4e24ecdab88fe18d06","name": "Navarro Thornton","email": "[email protected]","age": 34,"phone": "+1 (896) 579–3364","image": "http://api.randomuser.me/portraits/men/59.jpg","description": "sit enim velit cillum magna commodo tempor","technologies": "swift erlang java"}&{"create"= { "_id": 3, "_type": "member"}&{"id"= "5510ce4e6e7bbdbc120c9a89","name": "Francine Aguirre","email": "[email protected]","age": 30,"phone": "+1 (963) 492–3402","image": "http://api.randomuser.me/portraits/men/82.jpg","description": "cu et sit ullamco tempor Lorem excepteur magna pariatur","technologies": "javascript ionic ruby"}&{"create"= { "_id": 4, "_type": "member"}&{"id"= "5510ce4ebd2a509edd8c6b50","name": "Krystal Simmons","email": "[email protected]","age": 40,"phone": "+1 (857) 418–2040","image": "http://api.randomuser.me/portraits/women/10.jpg","description": "ea dolor ex proident eiusmod et ut irure esse","technologies": "ruby c c"} 

Hiển thị thông tin của một document cụ thể:

$ curl -X GET http://localhost:9200/team/member/4?pretty

Tìm kiếm tất cả dữ liệu trong index sử dụng API Search:

$ curl -X GET http://localhost:9200/_search?pretty=true

Tìm kiếm theo từ khóa (ví dụ: “ruby”) trong tất cả các trường:

$ curl -X GET http://localhost:9200/_search?q=ruby

Xóa một index:

 $ curl -X DELETE "localhost:9200/cuongquach-company"

Tài liệu tham khảo về Elasticsearch cơ bản

Ngoài những kiến thức đã trình bày, Elasticsearch còn cung cấp nhiều hoạt động và API khác để xử lý và thao tác với Index. Tuy nhiên, với những thông tin cơ bản về công cụ mạnh mẽ này, bạn đã có đủ kiến thức để bắt đầu sử dụng và làm quen với Elasticsearch. Để tìm hiểu sâu hơn, bạn có thể tham khảo các tài liệu được liệt kê dưới đây.

• https://www.tutorialspoint.com/elasticsearch/elasticsearch_search_apis.htm
• https://www.elastic.co/guide/index.html

Cách doanh nghiệp đang sử dụng Elasticsearch

Elasticsearch hiện được sử dụng phổ biến bởi các doanh nghiệp lớn như:

• Sophos
• StumbleUpon
• CERN
• Quora
• Mozilla
• Stack Exchange
• Pixabay
• Center for Open Science
• Netflix
• Foursquare
• Wikimedia
• Reverb
• Etsy
• Slurm Workload Manager
• Adobe Systems
• Motili
• GitHub
• Amadeus IT Group
• FDA
• athenahealth

Vietnix – Giải pháp VPS với uptime 99.9% và hỗ trợ 24/7

Với hơn 13 năm kinh nghiệm, Vietnix đã phục vụ trên 100.000 khách hàng, chứng minh được sự uy tín và chất lượng hàng đầu trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ VPS và hosting. Vietnix chú trọng đầu tư vào cơ sở hạ tầng, sử dụng 100% ổ cứng SSD NVMe, CPU Intel Xeon/AMD EPYC cùng công nghệ ảo hóa hiện đại, nhằm tối ưu hiệu năng và đảm bảo sự ổn định cho hệ thống. Minh chứng cho cam kết chất lượng của Vietnix là các giải thưởng danh giá như Thương hiệu Việt Nam xuất sắc 2022, Top 10 Thương hiệu uy tín thời đại kinh tế số 2023, cùng các chứng nhận ISO 9001 và ISO 27001.

Thông tin liên hệ:

• Hotline: 18001093.
• Email: sales@vietnix.com.vn.
• Địa chỉ: 265 Hồng Lạc, Phường 10, Quận Tân Bình, Thành Phố Hồ Chí Minh.
• Website: https://vietnix.vn/.

Tóm lại, việc hiểu rõ Elasticsearch là gì sẽ giúp các cá nhân và tổ chức tận dụng hiệu quả sức mạnh của nền tảng này trong lưu trữ, tìm kiếm và phân tích dữ liệu lớn. Để ứng dụng Elasticsearch hiệu quả vào thực tế cũng như xây dựng nền tảng kiến thức vững chắc cho quá trình phát triển, bạn hãy tham khảo thêm các bài viết chuyên sâu được giới thiệu dưới đây.