【Elasticsearch】深度分页及其替代方案

1.深度分页

深度分页 指的是在 Elasticsearch 中查询结果集 非常靠后的页码（例如第 $1000$ 页，每页 $10$ 条数据，即 from=10000）。它通常表现为使用 from + size 参数组合来获取远端的分页数据。例如：

GET /my_index/_search
{
  "from": 10000,  // 跳过前10000条
  "size": 10,     // 取10条
  "query": { ... }
}

2.为什么不推荐深度分页

2.1 性能问题（核心原因）

Elasticsearch 的分页原理是：

• 协调节点 需要从所有分片（shard）收集满足条件的文档。
• 计算全局排序后，临时存储 from + size 范围内的所有文档。
• 最后返回 size 条结果。

问题：

• 当 from 值很大时（如 from=100000），每个分片需要 先查 100000+size 条数据 到内存，再汇总排序。
• 数据量越大，内存和 CPU 消耗呈线性增长，可能导致 内存溢出。

2.2 资源消耗对比

分页方式	内存消耗	响应时间	适用场景
浅分页（from=0）	低（仅缓存 size 条）	毫秒级	前几页数据
深度分页（from=10000）	高（缓存 10000+size 条）	秒级甚至超时	不推荐直接使用

2.3 实际限制

• Elasticsearch 默认限制：from + size ≤ 10,000（可通过 index.max_result_window 调整，但 调高会加剧风险）。
• 即使调高限制，性能也会急剧下降。

3.深度分页的替代方案

3.1 方案一：Search After（推荐）

原理：

• 利用上一页的排序值（如 _shard_doc 或自定义字段）作为游标。
• 不跳过记录，直接定位到下一页的起始点。

示例：

// 第一页
GET /blog_posts/_search
{
  "size": 10,
  "sort": [  // 必须包含唯一性字段（如 _id）
    { "publish_date": "desc" },
    { "_id": "asc" }
  ]
}

// 后续页（用上一页最后一条的排序值）
GET /blog_posts/_search
{
  "size": 10,
  "search_after": ["2023-04-05", "abc123"],  // 上一页最后记录的 publish_date 和 _id
  "sort": [
    { "publish_date": "desc" },
    { "_id": "asc" }
  ]
}

优点：

• 性能稳定（不受页码影响）。
• 适合无限滚动、批量导出等场景。

3.1.1 为什么 Search After 性能更高

用一个生活中的例子来理解：假设你要在图书馆的 100万本书 中，每次找 10本 符合特定条件的书，并按出版日期排序。

• 传统分页（from/size）的做法：
  • 你要第 1000 页（即第 9991-10000 本书）。
  • 图书管理员必须：
    1. 先取出前 10000 本书，堆在桌子上（内存）。
    2. 排序这 10000 本，扔掉前 9990 本。
    3. 最后给你第 9991-10000 本。
  • 问题：每次翻到深页码，都要重复 “取书 + 排序 + 扔书” 的过程，桌子（内存）可能堆不下！
• Search After 的做法：
  • 你记住 当前看到的最后一本书的出版日期和编号（例如：“2023-05-01, 编号ABC123”）。
  • 下次直接告诉图书管理员：“我要比【2023-05-01, ABC123】更早的10本书”。
  • 图书管理员：
    1. 直接定位到这本书的位置（通过索引）。
    2. 往后数 10 本给你。
  • 优势：不需要临时存储前面的 9990 本书！

简而言之：Search After 快是因为它 不傻乎乎地从头数，而是像书签一样 “记住位置”，直接跳到下一页开始的地方。

3.1.2 技术原理简化

分页方式	工作方式	性能消耗
from/size	每次从头计算，临时存储 from+size 条数据	随 from 增大 指数级上升
search_after	像书签一样记住位置，直接跳转	恒定（与页码无关）

3.1.3 关键区别

• from/size：
  • 类似 “每次从第一页开始翻”
  • 计算：(from + size) × 分片数 → 内存爆炸
• search_after：
  • 类似 “记住看到哪里，接着往下读”
  • 计算：size × 分片数 → 内存恒定

3.1.4 适用场景

• from/size：
  • 前几页（如首页、搜索结果前 10 条）
• search_after：
  • 无限滚动（如微博、朋友圈）
  • 深度分页（如第 100 页+）

3.2 方案二：Scroll API（适用于大批量导出）

原理：

• 创建快照（snapshot），保持查询上下文。
• 逐批获取数据，类似数据库游标。

示例：

// 1. 初始化 Scroll（保留1分钟）
GET /blog_posts/_search?scroll=1m
{
  "size": 100,
  "query": { "match_all": {} }
}

// 2. 后续获取（用返回的 scroll_id）
GET /_search/scroll
{
  "scroll": "1m", 
  "scroll_id": "DXF1ZXJ5QW5kRmV0Y2gB..."
}

// 3. 最后手动清理
DELETE /_search/scroll
{
  "scroll_id": "DXF1ZXJ5QW5kRmV0Y2gB..."
}

优点： 适合非实时、大数据量导出（如报表生成）。

缺点：

• 不支持实时数据（快照期间数据变化不会反映）。
• 占用服务器资源，用完需手动清理（DELETE /_search/scroll）。

3.2.1 详细解释

• scroll=1m 的含义
  • 1m = 1 分钟（时间单位，类似 30s = 30秒，2h = 2小时）
  • 表示 Elasticsearch 会保留这次 Scroll 查询的上下文（如排序结果、快照数据）1 分钟。
  • 超时后，Scroll 会自动失效，资源被释放。
• 为什么需要设置超时？
  • Scroll 会占用服务器内存和资源，长时间不释放可能导致性能问题。
  • 设置超时（如 1m）是让 Elasticsearch 自动清理 不再使用的 Scroll 查询。
• 如何调整超时？
  • 根据数据量调整，例如：
    • 大数据导出：scroll=5m（$5$ 分钟）
    • 小批量查询：scroll=30s（$30$ 秒）
• 续期 Scroll
  如果处理时间较长，可以在每次请求时刷新超时时间：

  GET /_search/scroll
  {
    "scroll": "1m",  // 重新设置为1分钟
    "scroll_id": "DXF1ZXJ5QW5kRmV0Y2gBAAAAAAAAAD4WYm9laVY..."
  }
  

3.2.2 类比理解

把 Scroll 想象成图书馆的 “临时书架”：

• 你告诉图书管理员：“我需要 1 分钟（scroll=1m）来挑书”。
• 1 分钟内，书架上的书（查询结果）保持不变，你可以慢慢选。
• 超时后，图书管理员会把书架清空（释放资源）。
• 如果你需要更多时间，可以喊：“再给我 1 分钟！”（续期 Scroll）。

3.2.3 注意事项

• 不要滥用长超时（如 scroll=1h），否则可能导致集群内存压力。
• 用完务必清理（即使未超时）：

  DELETE /_search/scroll
  {
    "scroll_id": "DXF1ZXJ5QW5kRmV0Y2gB..."
  }
  

• Scroll 适用于离线任务（如导出数据），不适用于实时分页。

3.3 方案三：基于时间范围的分页

原理：

• 用时间字段（如 publish_date）作为分页条件。
• 每页查询限定时间范围。

示例：

GET /blog_posts/_search
{
  "size": 10,
  "query": {
    "range": {
      "publish_date": { "lte": "2023-03-01" }  // 第二页改为 "lte": "上一页的最小日期"
    }
  },
  "sort": [ { "publish_date": "desc" } ]
}

适用场景：

• 按时间线分页（如新闻列表）。

3.4 总结：如何选择分页方式

场景	推荐方案	原因
用户前端分页（前几页）	from + size	简单易用，性能可接受
深度分页（如第 $100$ 页）	Search After	避免内存爆炸，性能稳定
大数据量导出	Scroll API	适合离线处理，但需注意资源释放
按时间滚动	时间范围查询	利用业务字段天然分页

关键建议

• 禁止生产环境使用大 from 值（如 from=100000）。
• 若必须调整 index.max_result_window，需评估集群资源。
• Search After 是深度分页的最佳实践，兼容大多数场景。