Elasticsearch中增加分片数量聚合会不会变快

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在一次聚合测过程中，我们希望通过增加分片数量的方式，让聚合计算过程更快完成。因此准备了一个索引，该索引有2.6亿 条 doc，大小为70GB，有2个分片。命名为 index2，然后将其 split 为40个分片，生成一个新索引，命名为 index40：

集群有2个节点，JVM 配置30GB，每个索引都经过了 forcemerge。让集群处于空闲状态，然后执行聚合测试。这次聚合测试是为了验证在高基数的数据样本中，bucket 聚合的速度，并了解一下执行原理，看看可以优化的点。为了模拟产生大量 bucket，测试使用深度嵌套聚合：

{
 "aggs": {
   "sip": {
     "terms": {
       "field": "sip",
       "size": 10000
     },
     "aggs": {
       "dip": {
         "terms": {
"field": "dip",
"size": 10000
},
         "aggs": {
"proto": {
"terms": {
"field": "proto",
"size": 10000
}
}
}
}
     }
   }
 }
}

由于 ES 在单个节点的查询并发限制为5，为了提升并行度，加参数 max_concurrent_shard_requests 进行并发控制，本来预期的是让所有分片同时执行聚合，会大幅加快聚合速度，结果却很意外，增加聚合并行度后查询延迟并没有很大区别，而 CPU 利用率却上升了很多！如下表：

加大聚合并行度，为什么没有提升执行速度？

index2的聚合延迟与index40的40并发聚合延迟基本相同，而 CPU 利用率却大幅增加，多出来的 CPU 干什么去了？打 hot_threads，jstack 等只看到在执行聚合，没什么特别的，profile 也没有看到问题。聚合过程中磁盘基本没有 io。

感觉聚合的速度与分片大小没有关系，为了验证这个想法，聚合请求加参数 preference=_shards:0让他只使用0分片的数据聚合，结果3秒就返回结果，参与聚合的分片越多，聚合返回越慢。因此推翻了这个想法。但同时也观察到CPU 利用率奇怪变化，如图，使用4个分片聚合时，起初如左图，4个 core 占满，符合预期，接下来很多其他 core 的利用率就会上升，系统在干什么？

聚合只会在 search 线程池执行，单个分片执行聚合时也不会并发执行，多出来的其他 core 在忙些什么？多次打 jsatck 对比热点线程，定位到了最可疑的调用链：

at org.apache.lucene.store.ByteBufferIndexInput.buildSlice(ByteBufferIndexInput.java:277)
....
org.elasticsearch.search.aggregations.LeafBucketCollector#collect(int, long)

翻一下 buildSlice 的代码，发现每次都要new 一个ByteBuffer出来：

final ByteBuffer slices[] = new ByteBuffer[endIndex - startIndex + 1];

collect 每收集只收集一条数据，整个聚合过程中仅在此处就要动态申请大量 ByteBuffer，内存一定有问题，jstat 查看对 index40，max_concurrent_shard_requests=40聚合过程中的 gc 情况，果然非常频繁，部分截图如下：

在整个聚合过程中，有大约9秒的时间在执行 GC，而 hot_thread 和 jstack 都无法直接定位到 GC 线程热点，也因此绕了弯路。结合 GC 日志，确认多余的 core 是在忙于并发 GC。

对比 index2d 的聚合过程，YGC 只执行了2次，GCT 消耗时间低于1秒。

问题至此定位完毕。

由此产生一些思考：

• 聚合计算一条条collect，效率太低，目前很多计算引擎都使用向量化执行，每次处理一批数据。

• 聚合过程中动态申请内存过于频繁，生成了大量临时对象，给YGC造成较大压力。

• 增加分片，提升聚合并行度不一定能加快聚合速度，要考虑业务的聚合语句对内存的压力有多大，像今天的例子中，40个分片如果散布在更多的节点中，GC 就不是问题，整体聚合速度就应该快很多。类似的，如果聚合产生的 bucket 少一些的时候，增加聚合并行度可以明显提升整体聚合速度。

聚合要考虑对节点内存的压力，但是这不太好量化出来。建议上线之前提前做好压测。高基数的数据上执行 bucket 聚合有比较大的压力。

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