Elasticsearch 8.X 如何利用嵌入向量提升搜索能力?

铭毅天下 2025-05-03 09:48:00

众所周知，Elasticsearch 是一个非常流行的搜索引擎，因为它速度快、扩展性强，尤其擅长全文搜索。

近两年，向量嵌入（Vector Embedding）技术的引入，让 Elasticsearch 在处理高级搜索场景时变得更强大，比如语义搜索、推荐系统和 AI 驱动的查询。

我们来一步步拆解这个技术。

一、什么是向量嵌入？

简单来说，向量嵌入就是把文字、图片或者其他数据变成一组多维的数字（数学数组）。这些数字能让机器理解数据之间的“语义相似性”。

比如，你搜索“新能源小米”汽车，即使结果里没有完全匹配的关键词，系统也能返回像“小米 SU7”这样的内容，因为它们在语义上是相关的。

二、在Elasticsearch中使用向量嵌入

要在 Elasticsearch 里用上向量嵌入，需要一个完整的流程：

1、生成向量嵌入

用AI模型（比如OpenAI的嵌入模型或Transformer模型）把原始文本转成一组数字，这些数字反映了数据之间的关系。

2、在Elasticsearch中存储向量

把生成的向量作为字段存进 Elasticsearch，方便后续基于相似性的查询。

3、用向量查询

不再是简单的关键词搜索，而是把查询也转成向量，通过比较向量之间的“距离”来找到最接近的结果，这种方法叫“最近邻搜索”（Nearest Neighbor Search）。

4、向量嵌入大致流程如下

Step1：提取关键数据（比如标题、描述）。

Step2：用AI模型生成嵌入向量（可以用 Python工具，比如HuggingFace 或 sentence-transformers）。

Step3：把这些向量存进Elasticsearch，用的是“dense_vector”字段类型。

Step4：通过Elasticsearch的 KNN（k-Nearest Neighbor）功能实现向量查询。

接下来，我们重点聊聊怎么为 Elasticsearch 生成向量嵌入，尤其针对日志数据的场景，咱们介绍了两种方法。

三、基于 Python 的实现向量嵌入

用Python实现时，通常会借助elasticsearch或requests库，直接跟Elasticsearch交互。

完整代码实现如下：

from elasticsearch import Elasticsearch, helpersimport requestsimport configparserimport warningsimport timeimport randomimport concurrent.futuresimport logginglogging.basicConfig(level=logging.INFO)logger = logging.getLogger(__name__)# 忽略警告信息（如果需要）warnings.filterwarnings("ignore")# 初始化 Elasticsearch 客户端，根据指定的配置文件读取连接信息。def init_es_client(config_path='./conf/config.ini'):    """初始化并返回基于配置文件中的 Elasticsearch 客户端"""    config = configparser.ConfigParser()    config.read(config_path)    es_host = config.get('elasticsearch', 'ES_HOST')    es_user = config.get('elasticsearch', 'ES_USER')    es_password = config.get('elasticsearch', 'ES_PASSWORD')    es = Elasticsearch(        hosts=[es_host],        basic_auth=(es_user, es_password),        verify_certs=False,        ca_certs='conf/http_ca.crt'    )    return es# 设置嵌入服务 URL 为本地 Ollama 的端点EMBEDDING_SERVICE_URL = "http://localhost:11434/api/embeddings"# 从 Elasticsearch 中获取尚未生成嵌入的文档，使用 scroll API 提高效率。def fetch_documents_from_elasticsearch(es_client, index="logs", query=None, batch_size=25):    """    从 Elasticsearch 中获取缺少嵌入的文档    """    query = query or {        "query": {            "bool": {                "must_not": {"exists": {"field": "embedding"}}            }        },        "size": batch_size,        "sort": [{"@timestamp": "asc"}]    }    response = es_client.search(index=index, body=query, scroll="1m")    scroll_id = response["_scroll_id"]    documents = response["hits"]["hits"]    while documents:        for doc in documents:            yield doc        response = es_client.scroll(scroll_id=scroll_id, scroll="1m")        scroll_id = response["_scroll_id"]        documents = response["hits"]["hits"]# 通过向嵌入服务发送 POST 请求，为给定的文本获取嵌入向量。def fetch_embeddings(text):    try:        response = requests.post(            EMBEDDING_SERVICE_URL,            json={"model": "all-minilm", "prompt": text},            timeout=10        )        response.raise_for_status()        result = response.json()        logger.info("result.embedding: %s", result["embedding"])        return result.get("embedding")    except requests.exceptions.RequestException as e:        logger.error("Error fetching embedding: %s", str(e))        return None# 更新 Elasticsearch 中的文档，添加嵌入向量及元数据，使用脚本避免覆盖已有数据。def update_document_in_elasticsearch(es_client, doc_id, index="logs", embedding=None):    """    更新 Elasticsearch 文档，添加嵌入数据    """    body = {        "script": {            "source": '''                if (ctx._source.containsKey("embedding_processed_at") && ctx._source.embedding_processed_at != null) {                    ctx.op = "noop";                } else {                    ctx._source.embedding = params.embedding;                    ctx._source.embedding_processed_at = params.timestamp;                    ctx._source.processing_status = params.status;                    if (params.error_message != null) {                        ctx._source.error_message = params.error_message;                    }                }            ''',            "params": {                "embedding": embedding if embedding else None,                "timestamp": time.strftime('%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ'),                "status": "failed" if embedding is None else "success",                "error_message": None if embedding else "嵌入生成失败"            }        }    }    es_client.update(index=index, id=doc_id, body=body)# 主函数，协调获取文档、生成嵌入并更新 Elasticsearch 的流程，按批次处理。def process_documents(es_client, batch_size=25):    """    主函数：获取文档，生成嵌入，并更新 Elasticsearch    """    for doc in fetch_documents_from_elasticsearch(es_client, batch_size=batch_size):        doc_id = doc["_id"]        text_content = doc["_source"].get("content", "")        embedding = fetch_embeddings(text_content)        update_document_in_elasticsearch(es_client, doc_id, embedding=embedding)if __name__ == "__main__":    # 初始化 Elasticsearch 客户端    es = init_es_client(config_path='./conf/config.ini')    # 开始处理文档    process_documents(es, batch_size=25)

其中：Ollama 是一个轻量级的开源工具，用于运行语言模型并生成嵌入向量（embeddings）。在这里，它被用作嵌入生成服务。

最核心："model": "all-minilm"。主要指——指定使用名为 "all-minilm" 的模型来生成嵌入向量。

all-minilm 是 Sentence Transformers 模型家族中的一种轻量级模型（基于 MiniLM），适用于生成短文本的嵌入，速度快且资源占用低。 Ollama 支持加载此类模型，并通过 API 提供服务。

https://huggingface.co/sentence-transformers/all-MiniLM-L6-v2

执行结果：

1、python 方案嵌入向量优点

灵活性强——可以完全控制数据处理、错误处理和重试策略。
调试方便——支持详细的日志记录和调试。
精细控制——能调整并发、批次大小和重试逻辑。
AI集成简单——跟机器学习模型、大语言模型无缝衔接。

2、python 方案嵌入向量缺点

扩展性有限——Python的全局解释器锁（GIL）限制了多线程在CPU密集任务中的表现。
开发成本高——需要手动处理重试、错误监控和优化。
资源占用多——处理大数据时，内存和 CPU 消耗较高。

四、基于 Logstash 实现向量嵌入

1、概览

Logstash 是一个轻量级、可扩展的 ETL 工具，特别适合处理大数据流。

2、Logstash 嵌入向量实操指南

1）【输入】Elasticsearch 输入

input {  elasticsearch {    hosts => ["https://127.0.0.1:9200"]    user => "elastic"    password => "changeme"    ssl_enabled => true    ca_file => "E:\logstash-8.15.3-windows-x86_64\logstash-8.15.3\config\http_ca.crt"    index => "logs_20250409"    query => '      {        "query": {          "bool": {            "must_not": {              "exists": {                "field": "embedding"              }            }          }        }      }    '    schedule => "*/1 * * * *"    docinfo => true docinfo_target => "[@metadata]"     #这行非常重要    size => 25  }}

2）【中间处理】过滤：调用嵌入服务

filter {  http {    url => "http://localhost:11434/api/embeddings"  # Updated to Ollama's default endpoint    verb => "POST"    body_format => "json"    body => {       "model" => "all-minilm"               # Added model field for Ollama compatibility      "prompt" => "%{[content]}"            # Changed "text" to "prompt" for Ollama    }    target_body => "embedding_response"  }}

3）【输出】更新Elasticsearch

output {  elasticsearch {    hosts => ["https://127.0.0.1:9200"]  # Updated to https for SSL    user => "elastic"    password => "changme"    ssl_enabled => true    cacert => "E:\logstash-8.15.3-windows-x86_64\logstash-8.15.3\config\http_ca.crt"    index => "logs_20250409"    document_id => "%{[@metadata][_id]}"  # Ensure correct document ID usage    action => "update"    doc_as_upsert => true                # Ensure documents are created if they don't exist    retry_on_conflict => 5               # Increase the retry attempts for handling conflicts  }}