Elasticsearch 的更新操作（如 `_update` 和 `_update_by_query`）在底層實現上有一些復雜的原理，這些原理涉及到 Elasticsearch 的數據存儲機制、索引機制以及事務日志（Translog）的使用。以下是 Elasticsearch 更新操作的主要原理：

1. 文檔的存儲和索引

在 Elasticsearch 中，文檔是以 JSON 格式存儲的，并且每個文檔都有一個唯一的 `_id`。這些文檔被存儲在索引中，索引由多個分片（Shards）組成，每個分片是一個獨立的 Lucene 索引。

2. 更新操作的基本流程

當執行更新操作時，Elasticsearch 會按照以下步驟處理：

a. 查找文檔

- Elasticsearch 首先根據提供的 `_id` 在索引中查找目標文檔。

- 如果文檔不存在，更新操作的行為取決于是否設置了 `doc_as_upsert` 參數：

? - 如果設置了 `doc_as_upsert`，則會插入一個新的文檔。

? - 如果沒有設置 `doc_as_upsert`，則更新操作會失敗。

b. 讀取舊文檔

- 如果文檔存在，Elasticsearch 會讀取舊文檔的內容。

c. 應用更新

- Elasticsearch 將更新內容（如通過 `_update` API 提供的 `doc` 部分）應用到舊文檔上。

- 如果是部分更新（如 `_update`），Elasticsearch 會將新的字段值合并到舊文檔中。

- 如果是全量替換（如 `PUT`），Elasticsearch 會用新的 JSON 數據完全替換舊文檔。

d. 寫入新文檔

- 更新后的文檔會被重新索引，生成一個新的 Lucene segment。

- 舊文檔會被標記為刪除（但不會立即從磁盤中刪除）。

e. 事務日志（Translog）

- 更新操作會被記錄在事務日志（Translog）中，以確保操作的持久性。

- 事務日志是一個持久化的日志文件，用于記錄所有對索引的寫操作（包括插入、更新和刪除）。

f. 刷新和提交

- 當事務日志達到一定大小或時間間隔時，Elasticsearch 會執行 `_flush` 操作：

? - 將內存中的數據和事務日志中的操作持久化到磁盤。

? - 清空事務日志。

- 在 `_flush` 操作之前，Elasticsearch 會先執行 `_refresh` 操作，確保數據在文件系統緩存中可用，從而可以被搜索到。

3. 并發控制

Elasticsearch 使用樂觀并發控制機制來處理并發更新：

- 每個文檔都有一個序列號（`seq_no`）和一個主版本號（`primary_term`）。

- 在更新操作時，可以指定 `if_seq_no` 和 `if_primary_term` 參數，以確保只有在文檔的序列號和主版本號匹配時才執行更新。

- 如果序列號或主版本號不匹配，更新操作會失敗，從而避免覆蓋其他用戶的更改。

4. 批量更新

對于批量更新操作（如 `_update_by_query`），Elasticsearch 會按照以下步驟處理：

- 執行查詢，找到需要更新的文檔集合。

- 對每個文檔應用更新邏輯。

- 逐個更新文檔，每個文檔的更新過程與單個文檔更新類似。

- `_update_by_query` 操作會使用內部的重試機制來處理并發沖突。

5. 性能優化

- 內存管理：Elasticsearch 會將更新操作的結果暫存到內存中，以提高性能。

- 批量處理：對于批量更新操作，Elasticsearch 會盡量減少對磁盤的寫入次數，通過批量處理來優化性能。

- 異步處理：某些更新操作（如 `_flush` 和 `_refresh`）是異步執行的，以減少對請求的阻塞。

總結

Elasticsearch 的更新操作涉及多個步驟，包括查找文檔、讀取舊文檔、應用更新、寫入新文檔、記錄事務日志、刷新和提交等。通過這些機制，Elasticsearch 確保了更新操作的高效性、一致性和持久性。同時，通過樂觀并發控制機制，Elasticsearch 能夠有效處理并發更新，避免數據沖突。