理解Es的DSL语法（二）：聚合

前一篇已经系统介绍过查询语法，详细可直接看上一篇文章（理解DSL语法（一）），本篇主要介绍DSL中的另一部分：聚合

理解Es中的聚合

虽然Elasticsearch 是一个基于 Lucene 的搜索引擎，但也提供了聚合（aggregations）的功能，允许用户对数据进行统计和分析。聚合可以按照不同的维度对数据进行分组和汇总，从而得到有意义的统计信息。这也是Es很多场景下被当作分析工具使用的原因。

聚合语法

使用上来讲，es的聚合就相当于SQL中的group by，在DSL中主要使用aggs关键字和size关键字来控制：

{"size":0,"aggs":{"TestName":{  //自定义的聚合名称"term":{ //聚合类型关键字，根据聚合类型来"field":"title"  //需要聚合的字段}}}
}

这里着重说一下size关键字，如果单纯进行聚合，而不需要实际数据，最好这里size设置为0，设置size为0在进行聚合时，会默认触发Es的缓存机制，能够很有效的提升性能。

当然聚合也可以搭配查询query使用，即对查询的数据进行聚合,例如我们对最近一天的文章，聚合一下标题：

{"query":{"bool":{"filter":[{"range":{ "create_time":{"gte":"now - 1d","lte":"now"}}}]}}"size":0,"aggs":{"TestName":{  //自定义的聚合名称"term":{ //聚合类型关键字，根据聚合类型来"field":"title"  //需要聚合的字段}}}
}

这里Es收到请求后，会先根据query中的条件去检索满足创建时间在近一天内的所有文档，然后对这些文档进行桶聚合，以title字段为桶，将title内容一致的文档放入桶内。

聚合的种类

总的来看，Es的聚合可以分为四类，即Bucketing Aggregations、Metric Aggregations、Matrix Aggregations、Pipeline Aggregations。

Bucketing Aggregations

将数据分桶，类似于 SQL 中的 GROUP BY。例如，可以根据某个字段的不同值将数据分组，然后对每个分组进行统计，对于字段和内容都有一定的限制。

常用的聚合关键字有：

关键字	描述	适用字段类型
Terms	Terms 聚合根据指定字段的确切值将文档分组。它类似于 SQL 中的 GROUP BY 语句。	keyword
Histogram	直方图聚合将数值字段划分为指定间隔的桶，并计算每个桶中的文档数量。	数值类型（ integer、float、double 、 long）
Date Histogram	日期直方图聚合类似于直方图聚合，但它专门用于日期字段，允许你根据时间间隔（如天、周、月等）来分组数据	date
Range	范围聚合允许你根据指定的范围将数据分组，每个范围定义了上界和下界。	数值类型 （ integer、float、double 、 long） 和date
IP Range	IP 范围聚合允许你根据 IP 地址的范围将数据分组。	ip
Date Range	日期范围聚合是范围聚合的日期版本，专门用于日期字段。	date
Filter/Filters	过滤器聚合根据一个或多个过滤器条件将数据分组，每个过滤器条件定义了一个桶。	可以应用于任何类型的字段，但通常与布尔查询结合使用来定义过滤器条件。
Nested	嵌套聚合应用于嵌套字段，它允许你根据嵌套对象中的字段值对嵌套文档进行分组。	object或nested

详细的可查阅ElasticSearch的官网，这里仅列出常用的，我们假设Es中存在以下一个数据集合：

[{"name": "Book A", "category": "Fiction", "price": 9.99, "publish_date": "2020-01-01"},{"name": "Book B", "category": "Science", "price": 15.00, "publish_date": "2021-06-15"},{"name": "Book C", "category": "Fiction", "price": 12.50, "publish_date": "2022-03-10"},{"name": "Book D", "category": "Education", "price": 8.50, "publish_date": "2019-09-20"},{"name": "Book E", "category": "Science", "price": 20.00, "publish_date": "2023-01-05"}
]

并针对该数据集，进行相关的聚合样例：

 Terms Aggregation聚合

查看有多少种category以及每种的文档数量。

示例：

{"size":0,"aggs": {"genres": {"terms": {"field": "category"  // genre必须为keyword类型"size":3         //根据文档数量倒叙展示条数，默认不填写则仅展示10个}}}
}//输出：
{"category": {"buckets": [{"key": "Fiction", "doc_count": 2},{"key": "Science", "doc_count": 2},{"key": "Education", "doc_count": 1}]}
}

Histogram Aggregation 聚合

按价格区间聚合书籍

{"size":0,"aggs": {"price_distribution": {"histogram": {"field": "price","interval": 5  //以5元为一个段}}}
}//输出：
{"aggregations": {"price_distribution": {"buckets": [{ "key": 5, "doc_count": 1 },{ "key": 10, "doc_count": 2 },{ "key": 15, "doc_count": 2 }]}}
}

Date Histogram Aggregation 聚合

按年份查看出版书籍的数量

{"size":0,"aggs": {"books_over_time": {"date_histogram": {"field": "publish_date","calendar_interval": "year" //查询区间可以指定单位}}}
}//输出{"aggregations": {"books_over_time": {"buckets": [{ "key_as_string": "2019", "doc_count": 1 },{ "key_as_string": "2020", "doc_count": 1 },{ "key_as_string": "2021", "doc_count": 1 },{ "key_as_string": "2022", "doc_count": 1 },{ "key_as_string": "2023", "doc_count": 1 }]}}
}

其中对于date_histogram使用较多，这里单独列一下关于date_histogram的相关参数

• calendar_interval：按照日历时间间隔（如年、季度、月、周、日等）来创建桶。

• fixed_interval：按照固定时间间隔（如1小时、5分钟等）来创建桶，不考虑日历界限。

• min_doc_count：设置为 0 或更大的值，以忽略那些文档计数小于该值的桶。

• extended_bounds：允许聚合查询返回超出正常查询范围之外的桶，例如在直方图的开始或结束之前添加额外的桶。

• order：指定桶的排序方式，可以是 asc（升序）或 desc（降序）。

• format：自定义日期格式，用于指定桶的 key 值的日期格式。

• time_zone：指定时区来应用到聚合上，特别是对于固定间隔的聚合。

• pre_zone 和 post_zone：与 extended_bounds 结合使用，指定额外桶的时区。

{"size": 0,"aggs": {"publish_monthly": {"date_histogram": {"field": "publish_date","calendar_interval": "month",  // 每月一个桶"min_doc_count": 1,            // 只包括至少有一个文档的桶"extended_bounds": {"min": "2019-01-01","max": "2023-12-31"},  // 设置聚合的最小和最大界限"order": "desc",              // 桶按降序排序"format": "yyyy-MM",          // 桶 key 的格式"time_zone": "Europe/Berlin" // 使用柏林时区}}}
}

Range Aggregation聚合

查看价格区间内书籍的数量

{"size":0,"aggs": {"price_ranges": {"range": {"field": "price","ranges": [{ "from": 0, "to": 10 },{ "from": 10, "to": 20 }]}}}
}//输出
{"aggregations": {"price_ranges": {"buckets": [{ "from": 0, "to": 10, "doc_count": 2 },{ "from": 10, "to": 20, "doc_count": 3 }]}}
}

Filters Aggregation聚合

同时筛选 Fiction 和 Science 类别的书籍，并分别计算数量。

{"size":0,"aggs": {"category_filters": {"filters": {"filters": {"Fiction": {"term": {"category.keyword": "Fiction"}},"Science": {"term": {"category.keyword": "Science"}}}}}}
}
//输出
{"aggregations": {"category_filters": {"buckets": {"Fiction": { "doc_count": 2 },"Science": { "doc_count": 2 }}}}
}

这里特殊说明一下，针对以上场景，也可以使用：

{"query": {"bool": {"filter": [{"terms": {"category": ["Fiction", "Science"]}}]}},"size": 0,"aggs": {"category": {"terms": {"field": "category"}}}
}

不同的是，使用这种聚合，Es的需要进行两次操作，即：先根据query条件，进行数据查询，再对查询结果进行聚合，而Filters聚合则只有一次操作。在相同场景下，考虑性能的话，使用 filters 聚合可能在某些情况下更有效率，因为它可以利用 Elasticsearch 的缓存机制，特别是当这些特定的过滤条件经常被查询时。

Composite Aggregation聚合

按 category 和 publish_date 的每个月份组合聚合书籍。

{"size": 0,"aggs": {"category_date_composite": {"composite": {"sources": [{ "category": { "terms": { "field": "category.keyword" } } },{ "date": { "date_histogram": { "field": "publish_date", "calendar_interval": "month" } } }],"size": 10}}}
}
//输出
{"composite_of_category_and_date": {"buckets": [{"key": {"category": "Fiction", "date": "2020-01"}, "doc_count": 1},{"key": {"category": "Fiction", "date": "2022-03"}, "doc_count": 1},{"key": {"category": "Science", "date": "2021-06"}, "doc_count": 1},{"key": {"category": "Science", "date": "2023-01"}, "doc_count": 1}]}
}

Metric Aggregations

对数据进行数学运算，如计算平均值、总和、最小值、最大值等。此类大多对数字类型的字段进行聚合。

关键字	描述
Sum Aggregation	计算数值字段的总和
Avg Aggregation	计算数值字段的平均值
Min Aggregation	找出数值字段中的最小值
Max Aggregation	找出数值字段中的最大值
Stats Aggregation	返回字段的多个统计度量，包括最小值、最大值、平均值和总和。
Cardinality Aggregation	计算字段中唯一值的近似数量，对于大数据集非常有用，因为它比value_count更高效。

一般配合桶查询使用，对标的是SQL中的SUM、MAX等数学函数

Cardinality Aggregation

查看一共有多少文档：

{"size":0,"aggs": {"countALl": {"cardinality": {"field": "_id"}}}
}//输出
{"aggregations": {"countALl": {"value": 3}}
}

Min/Max Aggregation

//查看书籍最贵的价格
{"size":0,"aggs": {"maximum_price": {"max": {"field": "price"}}}
}
//输出：
{"aggregations": {"maximum_price": {"value": 20.0}}
}//查看书籍最便宜的价格
{"size":0,"aggs": {"min_price": {"min": {"field": "price"}}}
}
//输出
//输出：
{"aggregations": {"min_price": {"value": 5.0}}
}

Sum/Avg Aggregation

//对库内书籍价格求和
{"aggs": {"all_price": {"sum": {"field": "price"}}}
}//输出：
{"aggregations": {"all_price": {"value": 13.398}}
}//对库内书籍价格求均值
{"aggs": {"average_price": {"avg": {"field": "price"}}}
}//输出
{"aggregations": {"average_price": {"value": 13.398}}
}

Stats Aggregation

查看价格的综合统计

{"size":0,"aggs": {"price_stats": {"stats": {"field": "price"}}}
}//输出：
{"aggregations": {"price_stats": {"count": 5,"min": 8.5,"max": 20.0,"avg": 13.398,"sum": 66.99}}
}

聚合嵌套

语法格式为：

{"size":0,"aggs":{"One":{  // 一层桶名称"terms":{"field":"fielda"},"aggs":{  //一层桶下二层聚合} }}
}

以书籍书籍为例，查看每类书籍的平均价格，则可以先对书籍类型进行terms聚合，再在terms桶内，获取桶内书籍的平均价格：

//DSL
{"size": 0,"aggs": {"categories": {"terms": {"field": "keyword"},"aggs": {"average_price": {"avg": {"field": "price"}}}}}
}//输出结果
{"aggregations": {"categories": {"buckets": [{"key": "Fiction","doc_count": 2,"average_price": {"value": 11.245}},{"key": "Science","doc_count": 2,"average_price": {"value": 17.5}},{"key": "Education","doc_count": 1,"average_price": {"value": 8.5}}]}}
}

也可以查看发布年限，每年里发布书籍的总价格：

{"size": 0,"aggs": {"publish_years": {"date_histogram": {"field": "publish_date","calendar_interval": "year"},"aggs": {"total_price": {"sum": {"field": "price"}}}}}
}//输出
{"aggregations": {"publish_years": {"buckets": [{"key_as_string": "2019","key": 1577836800000,"doc_count": 1,"total_price": {"value": 8.5}},{"key_as_string": "2020","key": 1609459200000,"doc_count": 1,"total_price": {"value": 9.99}},{"key_as_string": "2021","key": 1609459200000,"doc_count": 1,"total_price": {"value": 15.0}},{"key_as_string": "2022","key": 1640995200000,"doc_count": 1,"total_price": {"value": 12.5}},{"key_as_string": "2023","key": 1672531200000,"doc_count": 1,"total_price": {"value": 20.0}}]}}
}