การจัดโครงสร้างข้อมูลด้วยฐานข้อมูล Firebase Realtime สำหรับ C ++

โครงสร้างข้อมูล

คู่มือนี้ครอบคลุมแนวคิดหลักบางส่วนในสถาปัตยกรรมข้อมูลและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการจัดโครงสร้างข้อมูล JSON ในฐานข้อมูล Firebase Realtime ของคุณ

การสร้างฐานข้อมูลที่มีโครงสร้างอย่างเหมาะสมนั้นต้องใช้การคิดล่วงหน้าค่อนข้างมาก สิ่งสำคัญที่สุดคือ คุณต้องวางแผนว่าจะบันทึกข้อมูลอย่างไรและดึงข้อมูลในภายหลังเพื่อให้กระบวนการนั้นง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

โครงสร้างข้อมูลเป็นอย่างไร: เป็นแผนผัง JSON

ข้อมูลฐานข้อมูล Firebase Realtime ทั้งหมดจะถูกจัดเก็บเป็นออบเจ็กต์ JSON คุณสามารถนึกถึงฐานข้อมูลว่าเป็นแผนผัง JSON ที่โฮสต์บนคลาวด์ ไม่เหมือนกับฐานข้อมูล SQL ไม่มีตารางหรือบันทึก เมื่อคุณเพิ่มข้อมูลลงในแผนผัง JSON ข้อมูลดังกล่าวจะกลายเป็นโหนดในโครงสร้าง JSON ที่มีอยู่พร้อมกับคีย์ที่เกี่ยวข้อง คุณสามารถระบุคีย์ของคุณเองได้ เช่น ID ผู้ใช้หรือชื่อความหมาย หรือระบุคีย์ให้คุณโดยใช้วิธี Push()

หากคุณสร้างคีย์ของคุณเอง คีย์เหล่านั้นจะต้องเข้ารหัส UTF-8 มีขนาดสูงสุดได้ 768 ไบต์ และไม่สามารถมี . , $ , # , [ , ] , / , หรืออักขระควบคุม ASCII 0-31 หรือ 127 คุณไม่สามารถใช้อักขระควบคุม ASCII ในค่าเหล่านั้นได้เช่นกัน

ตัวอย่างเช่น ลองใช้แอปพลิเคชันแชทที่อนุญาตให้ผู้ใช้จัดเก็บโปรไฟล์พื้นฐานและรายชื่อผู้ติดต่อ โปรไฟล์ผู้ใช้ทั่วไปจะอยู่ที่พาธ เช่น /users/$uid ผู้ใช้ alovelace อาจมีรายการฐานข้อมูลที่มีลักษณะดังนี้:

{
  "users": {
    "alovelace": {
      "name": "Ada Lovelace",
      "contacts": { "ghopper": true },
    },
    "ghopper": { ... },
    "eclarke": { ... }
  }
}

แม้ว่าฐานข้อมูลจะใช้แผนผัง JSON แต่ข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในฐานข้อมูลสามารถแสดงเป็นประเภทดั้งเดิมบางประเภทที่สอดคล้องกับประเภท JSON ที่มีอยู่ เพื่อช่วยให้คุณเขียนโค้ดที่สามารถบำรุงรักษาได้มากขึ้น

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับโครงสร้างข้อมูล

หลีกเลี่ยงการซ้อนข้อมูล

เนื่องจากฐานข้อมูลเรียลไทม์ของ Firebase อนุญาตให้ซ้อนข้อมูลได้ลึกถึง 32 ระดับ คุณจึงอาจคิดว่านี่ควรเป็นโครงสร้างเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อคุณดึงข้อมูลในตำแหน่งหนึ่งในฐานข้อมูลของคุณ คุณจะดึงโหนดย่อยทั้งหมดออกมาด้วย นอกจากนี้ เมื่อคุณให้สิทธิ์การเข้าถึงแบบอ่านหรือเขียนที่โหนดในฐานข้อมูลของคุณ คุณยังให้สิทธิ์พวกเขาในการเข้าถึงข้อมูลทั้งหมดภายใต้โหนดนั้นด้วย ดังนั้น ในทางปฏิบัติ ทางที่ดีควรรักษาโครงสร้างข้อมูลให้เรียบที่สุดเท่าที่จะทำได้

สำหรับตัวอย่างว่าทำไมข้อมูลที่ซ้อนกันจึงไม่ดี ให้พิจารณาโครงสร้างที่ซ้อนกันแบบคูณต่อไปนี้:

{
  // This is a poorly nested data architecture, because iterating the children
  // of the "chats" node to get a list of conversation titles requires
  // potentially downloading hundreds of megabytes of messages
  "chats": {
    "one": {
      "title": "Historical Tech Pioneers",
      "messages": {
        "m1": { "sender": "ghopper", "message": "Relay malfunction found. Cause: moth." },
        "m2": { ... },
        // a very long list of messages
      }
    },
    "two": { ... }
  }
}

ด้วยการออกแบบที่ซ้อนกันนี้ การวนซ้ำข้อมูลจะกลายเป็นปัญหา ตัวอย่างเช่น การแสดงรายการชื่อเรื่องของการสนทนาแชทจำเป็นต้องดาวน์โหลดโครงสร้าง chats ทั้งหมด รวมถึงสมาชิกและข้อความทั้งหมดไปยังไคลเอนต์

ปรับโครงสร้างข้อมูลให้เรียบ

หากข้อมูลถูกแบ่งออกเป็นพาธแยกกัน หรือที่เรียกว่าดีนอร์มัลไลเซชัน คุณจะสามารถดาวน์โหลดข้อมูลดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพในการเรียกแยกกัน ตามที่จำเป็น พิจารณาโครงสร้างที่เรียบนี้:

{
  // Chats contains only meta info about each conversation
  // stored under the chats's unique ID
  "chats": {
    "one": {
      "title": "Historical Tech Pioneers",
      "lastMessage": "ghopper: Relay malfunction found. Cause: moth.",
      "timestamp": 1459361875666
    },
    "two": { ... },
    "three": { ... }
  },

  // Conversation members are easily accessible
  // and stored by chat conversation ID
  "members": {
    // we'll talk about indices like this below
    "one": {
      "ghopper": true,
      "alovelace": true,
      "eclarke": true
    },
    "two": { ... },
    "three": { ... }
  },

  // Messages are separate from data we may want to iterate quickly
  // but still easily paginated and queried, and organized by chat
  // conversation ID
  "messages": {
    "one": {
      "m1": {
        "name": "eclarke",
        "message": "The relay seems to be malfunctioning.",
        "timestamp": 1459361875337
      },
      "m2": { ... },
      "m3": { ... }
    },
    "two": { ... },
    "three": { ... }
  }
}

ขณะนี้คุณสามารถวนซ้ำรายการห้องได้โดยการดาวน์โหลดเพียงไม่กี่ไบต์ต่อการสนทนา ดึงข้อมูลเมตาอย่างรวดเร็วสำหรับการแสดงรายการหรือแสดงห้องใน UI สามารถดึงข้อความแยกกันและแสดงทันทีที่มาถึง ช่วยให้ UI ตอบสนองและรวดเร็ว

สร้างข้อมูลที่ปรับขนาด

เมื่อสร้างแอป การดาวน์โหลดชุดย่อยของรายการมักจะดีกว่า นี่เป็นเรื่องปกติโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากรายการมีบันทึกหลายพันรายการ เมื่อความสัมพันธ์นี้เป็นแบบคงที่และมีทิศทางเดียว คุณสามารถซ้อนอ็อบเจ็กต์ลูกไว้ใต้พาเรนต์ได้

บางครั้ง ความสัมพันธ์นี้อาจมีการเปลี่ยนแปลงมากขึ้น หรืออาจจำเป็นต้องทำให้ข้อมูลนี้เป็นปกติ หลายครั้งคุณสามารถทำให้ข้อมูลเป็นปกติได้โดยใช้คิวรีเพื่อดึงชุดย่อยของข้อมูล ดังที่อธิบายไว้ใน เรียกข้อมูล

แต่ถึงอย่างนั้นก็อาจจะไม่เพียงพอ ตัวอย่างเช่น พิจารณาความสัมพันธ์แบบสองทางระหว่างผู้ใช้และกลุ่ม ผู้ใช้สามารถอยู่ในกลุ่มได้ และกลุ่มจะประกอบด้วยรายชื่อผู้ใช้ เมื่อถึงเวลาต้องตัดสินใจว่าผู้ใช้อยู่ในกลุ่มใด สิ่งต่างๆ จะซับซ้อนขึ้น

สิ่งที่จำเป็นคือวิธีที่หรูหราในการแสดงรายการกลุ่มที่ผู้ใช้เป็นสมาชิกและดึงเฉพาะข้อมูลสำหรับกลุ่มเหล่านั้น ดัชนี ของกลุ่มสามารถช่วยได้มากที่นี่:

// An index to track Ada's memberships
{
  "users": {
    "alovelace": {
      "name": "Ada Lovelace",
      // Index Ada's groups in her profile
      "groups": {
         // the value here doesn't matter, just that the key exists
         "techpioneers": true,
         "womentechmakers": true
      }
    },
    ...
  },
  "groups": {
    "techpioneers": {
      "name": "Historical Tech Pioneers",
      "members": {
        "alovelace": true,
        "ghopper": true,
        "eclarke": true
      }
    },
    ...
  }
}

คุณอาจสังเกตเห็นว่าข้อมูลบางอย่างซ้ำกันโดยการจัดเก็บความสัมพันธ์ไว้ภายใต้บันทึกของ Ada และภายใต้กลุ่ม ตอนนี้ alovelace ได้รับการจัดทำดัชนีภายใต้กลุ่ม และ techpioneers มีรายชื่ออยู่ในโปรไฟล์ของ Ada ดังนั้นจะลบเอด้าออกจากกลุ่มก็ต้องอัพเดตสองที่

นี่เป็นความซ้ำซ้อนที่จำเป็นสำหรับความสัมพันธ์แบบสองทาง ช่วยให้คุณสามารถดึงข้อมูลสมาชิกของ Ada ได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ แม้ว่ารายชื่อผู้ใช้หรือกลุ่มจะมีจำนวนเป็นล้านหรือเมื่อกฎความปลอดภัยของฐานข้อมูลเรียลไทม์ป้องกันการเข้าถึงบันทึกบางส่วน

วิธีการนี้ เป็นการกลับข้อมูลโดยการแสดงรายการ ID เป็นคีย์และตั้งค่าให้เป็นจริง ทำให้การตรวจสอบคีย์ทำได้ง่ายเพียงแค่อ่าน /users/$uid/groups/$group_id และตรวจสอบว่าเป็น null หรือไม่ ดัชนีเร็วกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าการสืบค้นหรือสแกนข้อมูลอย่างมาก

ขั้นตอนถัดไป