Cloud Firestore 中的索引類型

索引是影響資料庫效能的重要因素。就像書籍索引會將書中主題對應至頁碼一樣，資料庫索引也會將資料庫中的項目對應至其在資料庫中的位置。查詢資料庫時，資料庫可以使用索引快速找出所要求項目的位置。

本頁面說明 Cloud Firestore 使用的兩種索引類型：自動索引和手動索引。

索引定義和結構

索引是根據特定文件的欄位清單定義，每個欄位都有對應的索引模式。

索引包含索引定義中每個欄位的項目。索引包含所有文件，這些文件是根據索引查詢的潛在結果。只有在文件的每個索引欄位都設有索引值時，文件才會納入索引。如果索引定義參照的欄位在文件中沒有設定值，該文件就不會顯示在索引中。在這種情況下，系統不會根據索引傳回任何查詢結果。

索引會依欄位值排序，順序則依索引定義中指定的順序。

每筆查詢背後的索引

如果查詢沒有索引，大多數資料庫會逐項檢索內容，這個過程很慢，而且隨著資料庫成長，速度會更慢。Cloud Firestore 會為「所有」查詢使用索引，協助提供高查詢效能。因此，查詢效能取決於結果集的大小，而非資料庫中的項目數量。

減少索引管理，專注開發應用程式

Cloud Firestore 包含多項功能，可減少您管理索引所需的時間。系統會自動為您建立最基本查詢所需的索引。在您使用及測試應用程式時，Cloud Firestore會協助您找出並建立應用程式所需的其他索引。

索引類型

Cloud Firestore 使用兩種索引：自動和手動。手動和自動索引的管理方式不同。

自動索引

根據預設，Cloud Firestore 會自動為集合中文件內的每個欄位建立索引。這些單一欄位索引可讓您執行許多基本查詢。如要管理自動索引，請調整資料庫的自動索引設定和索引豁免項目。

自動索引預設值

Cloud Firestore 會對自動索引使用下列預設設定：

• 對於每個非陣列和非對應欄位，Cloud Firestore 會定義兩個集合範圍索引，一個為遞增模式，另一個為遞減模式。

• 針對每個地圖欄位，Cloud Firestore 會建立下列項目：

  • 每個非陣列、非對應子欄位，都有一個集合範圍遞增索引。
  • 每個非陣列、非對應子欄位，都有一個集合範圍遞減索引。
  • 整個地圖值有一個集合範圍遞增索引
  • 一個集合範圍遞減索引，用於整個地圖值
  • 每個陣列子欄位都有一個集合範圍的 array-contains 索引。
  • Cloud Firestore 會以遞迴方式為每個地圖子欄位建立索引。

• 針對文件中的每個陣列欄位，Cloud Firestore 會建立下列項目：

  • 一個集合範圍遞增索引，用於整個陣列值
  • 一個集合範圍遞減索引，用於整個陣列值
  • 一個集合範圍 array-contains 索引。

• 根據預設，系統不會維護集合群組範圍的自動索引。

自動索引豁免項目

您可以建立索引豁免項目，將欄位從自動索引設定中排除。索引豁免設定會覆寫整個資料庫的自動索引設定。如果自動索引設定會停用某個索引，您可以透過豁免設定啟用該索引；如果自動索引設定會啟用某個索引，則可透過豁免設定停用該索引。如需豁免條件的實用案例，請參閱索引最佳做法。

使用 * 欄位路徑值，在集合群組的所有欄位中新增集合層級索引豁免。舉例來說，如果是集合群組 comments，請將欄位路徑設為 *，以比對 comments 集合群組中的所有欄位，並停用集合群組下所有欄位的索引功能。接著，您可以新增豁免項目，只為查詢所需的欄位建立索引。減少已建立索引的欄位數量，可降低儲存費用，並提升寫入效能。

如果您為地圖欄位建立索引豁免項目，地圖的子欄位會沿用這些設定。不過，您可以為特定子欄位定義索引豁免項目。如果刪除子欄位的豁免項目，子欄位會沿用父項的豁免項目設定 (如有)，或沿用資料庫層級設定 (如果沒有父項豁免項目)。

如要建立及管理自動索引豁免項目，請參閱「管理索引」。

手動索引

手動索引會儲存集合內所有文件的對應關係，並按照已排序的待建立索引欄位清單加以整理。

Cloud Firestore 會使用手動索引，支援自動索引尚未支援的查詢。

根據預設，Cloud Firestore 會自動為集合中的每個欄位建立單一欄位索引。由於可能的欄位組合數量龐大，Cloud Firestore 不會自動為欄位組合建立索引。相反地，Cloud Firestore 可協助您在建構應用程式時找出並建立必要的索引。

每當您嘗試執行現有索引不支援的查詢時，Cloud Firestore 都會傳回錯誤訊息，並附上連結，讓您建立缺少的索引。

您也可以使用控制台或 Firebase CLI，手動定義及管理索引。如要進一步瞭解如何建立及管理手動索引，請參閱「管理索引」。

索引模式和查詢範圍

自動和手動索引的設定方式不同，但兩者都需要設定索引模式和查詢範圍。

索引模式

定義索引時，您需要為每個已建立索引的欄位選取索引模式。每個欄位的索引模式都支援該欄位的特定查詢子句。您可以選取下列任一索引模式：

查詢範圍

每個索引的範圍都是集合或集合群組。這稱為索引的查詢範圍：

集合範圍

Cloud Firestore 預設會建立集合範圍的索引。這類索引支援從單一集合傳回結果的查詢。

集合群組範圍

集合群組包含 ID 相同的所有集合。如要執行集合群組查詢，從集合群組傳回篩選或排序後的結果，您必須建立具有集合群組範圍的對應索引。

預設排序和 __name__ 欄位

除了依據為每個欄位指定的索引模式 (遞增或遞減) 排序文件外，索引也會依據每份文件的 __name__ 欄位進行最終排序。__name__ 欄位的值會設為完整文件路徑。也就是說，結果集中具有相同欄位值的文件會依文件路徑排序。

根據預設，__name__ 欄位的排序方向與索引定義中最後一個排序欄位相同。例如：

如要依非預設的 __name__ 方向排序結果，則必須建立該索引。

索引屬性

可讓查詢以最高效率執行的索引，是由下列屬性定義：

• 等式篩選器中使用的欄位
• 排列順序中使用的欄位
• 用於範圍和不等式篩選器的欄位 (尚未包含在排列順序中)
• 用於匯總的欄位 (尚未包含在排列順序、範圍和不等式篩選器中)

Cloud Firestore 會按照下列方式計算查詢結果：

1. 識別與查詢集合、篩選器屬性、篩選器運算子和排列順序對應的索引。
2. 用於識別掃描作業的起始索引位置。起始位置會以查詢的等式篩選器做為前置字元，並以第一個 orderBy 欄位的範圍和不等式篩選器做為結尾。
3. 開始掃描索引，傳回符合所有篩選條件的文件，直到掃描程序執行下列任一操作：
   • 遇到不符合篩選條件的文件，並確認後續文件都不會完全符合篩選條件。
   • 到達索引結尾。
   • 收集查詢要求的結果數上限。

索引範例

Cloud Firestore 會自動建立單一欄位索引，讓應用程式能快速支援最基本的資料庫查詢。單一欄位索引可讓您根據欄位值和比較子 <、<=、==、>=、> 和 in 執行簡單查詢。如果是陣列欄位，則可執行 array-contains 和 array-contains-any 查詢。

為說明這一點，請從建立索引的角度查看下列範例。下列程式碼片段會在 cities 集合中建立一些 city 文件，並為每份文件設定 name、state、country、capital、population 和 regions 欄位：

var citiesRef = db.collection("cities");

citiesRef.doc("SF").set({
    name: "San Francisco", state: "CA", country: "USA",
    capital: false, population: 860000,
    regions: ["west_coast", "norcal"] });
citiesRef.doc("LA").set({
    name: "Los Angeles", state: "CA", country: "USA",
    capital: false, population: 3900000,
    regions: ["west_coast", "socal"] });
citiesRef.doc("DC").set({
    name: "Washington, D.C.", state: null, country: "USA",
    capital: true, population: 680000,
    regions: ["east_coast"] });
citiesRef.doc("TOK").set({
    name: "Tokyo", state: null, country: "Japan",
    capital: true, population: 9000000,
    regions: ["kanto", "honshu"] });
citiesRef.doc("BJ").set({
    name: "Beijing", state: null, country: "China",
    capital: true, population: 21500000,
    regions: ["jingjinji", "hebei"] });
test.firestore.js

假設採用預設的自動索引設定，Cloud Firestore 會更新每個欄位的一個遞增單一欄位索引、每個欄位的一個遞減單一欄位索引，以及陣列欄位的一個 array-contains 單一欄位索引。下表中的每一列都代表單一欄位索引中的一個項目：

單一欄位索引支援的查詢

使用這些自動建立的單一欄位索引，即可執行簡單的查詢，例如：

const stateQuery = citiesRef.where("state", "==", "CA");
const populationQuery = citiesRef.where("population", "<", 100000);
const nameQuery = citiesRef.where("name", ">=", "San Francisco");
test.firestore.js

您也可以建立 in 和複合等式 (==) 查詢：

citiesRef.where('country', 'in', ["USA", "Japan", "China"])

// Compound equality queries
citiesRef.where("state", "==", "CO").where("name", "==", "Denver")
citiesRef.where("country", "==", "USA")
         .where("capital", "==", false)
         .where("state", "==", "CA")
         .where("population", "==", 860000)

如要執行使用範圍比較 (<、<=、> 或 >=) 的複合查詢，或需要依不同欄位排序，則必須為該查詢建立手動索引。

array-contains 索引可讓您查詢 regions 陣列欄位：

citiesRef.where("regions", "array-contains", "west_coast")
// array-contains-any and array-contains use the same indexes
citiesRef.where("regions", "array-contains-any", ["west_coast", "east_coast"])

手動索引支援的查詢

建立手動索引，支援自動單一欄位索引尚未支援的複合式查詢。舉例來說，下列查詢需要手動索引：

citiesRef.where("country", "==", "USA").orderBy("population", "asc")
citiesRef.where("country", "==", "USA").where("population", "<", 3800000)
citiesRef.where("country", "==", "USA").where("population", ">", 690000)
// in and == clauses use the same index
citiesRef.where("country", "in", ["USA", "Japan", "China"])
         .where("population", ">", 690000)

這些查詢需要下列索引。由於查詢對 country 欄位使用等式 (== 或 in)，因此您可以對這個欄位使用遞增或遞減索引模式。根據預設，不等式子句會根據不等式子句中的欄位，套用遞增排列順序。

如要執行相同查詢，但以遞減排列順序排序，則需要為 population 建立遞減方向的額外索引：

citiesRef.where("country", "==", "USA").orderBy("population", "desc")

citiesRef.where("country", "==", "USA")
         .where("population", "<", 3800000)
         .orderBy("population", "desc")

citiesRef.where("country", "==", "USA")
         .where("population", ">", 690000)
         .orderBy("population", "desc")

citiesRef.where("country", "in", ["USA", "Japan", "China"])
         .where("population", ">", 690000)
         .orderBy("population", "desc")

為避免索引合併導致效能降低，建議您建立索引，將 array-contains 或 array-contains-any 查詢與其他子句合併：

citiesRef.where("regions", "array-contains", "east_coast")
         .where("capital", "==", true)

// array-contains-any and array-contains use the same index
citiesRef.where("regions", "array-contains-any", ["west_coast", "east_coast"])
         .where("capital", "==", true)

集合群組索引支援的查詢

如要示範集合群組範圍的索引，請在部分 city 文件中新增 landmarks 子集合：

var citiesRef = db.collection("cities");

citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").doc().set({
    name: "Golden Gate Bridge",
    category : "bridge" });
citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").doc().set({
    name: "Golden Gate Park",
    category : "park" });

citiesRef.doc("DC").collection("landmarks").doc().set({
    name: "National Gallery of Art",
    category : "museum" });
citiesRef.doc("DC").collection("landmarks").doc().set({
    name: "National Mall",
    category : "park" });

使用下列具有集合範圍的單一欄位索引，即可根據 category 欄位查詢單一城市的 landmarks 集合：

citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").where("category", "==", "park")
citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").where("category", "in", ["park", "museum"])

舉例來說，如要查詢所有城市的地標，請對由所有 landmarks 集合組成的集合群組執行這項查詢。您也必須啟用集合群組範圍的 landmarks 單一欄位索引：

啟用這個索引後，您就能查詢 landmarks 集合群組：

var landmarksGroupRef = db.collectionGroup("landmarks");

landmarksGroupRef.where("category", "==", "park")
landmarksGroupRef.where("category", "in", ["park", "museum"])

如要執行集合群組查詢，傳回篩選或排序後的結果，必須啟用集合群組範圍的對應索引。不過，如果集合群組查詢不會篩選或排序結果，就不需要額外的索引定義。

舉例來說，您可以執行下列集合群組查詢，而不啟用額外的索引：

db.collectionGroup("landmarks").get()

索引項目

專案設定的索引和文件結構，會決定文件的索引項目數量。索引項目會計入索引項目數量限制。

以下範例說明文件的索引項目。

文件

/cities/SF

city_name : "San Francisco"
temperatures : {summer: 67, winter: 55}
neighborhoods : ["Mission", "Downtown", "Marina"]

自動索引

• city_name ASC
• city_name DESC
• neighborhoods ASC
• neighborhoods DESC
• temperatures ASC
• temperatures DESC
• temperatures.summer ASC
• temperatures.summer DESC
• temperatures.winter ASC
• temperatures.winter DESC
• neighborhoods 陣列包含

手動索引

• city_name ASC, neighborhoods ARRAY
• city_name DESC, neighborhoods ARRAY

索引項目

這項索引設定會為文件產生下列索引項目：

索引和定價

索引會產生應用程式的儲存空間費用。如要進一步瞭解如何計算索引的儲存空間大小，請參閱「索引項目大小」。

使用索引合併

雖然 Cloud Firestore 會為每項查詢使用索引，但不一定需要為每項查詢建立一個索引。如果查詢有多個等式 (==) 子句，且可選擇性地包含 orderBy 子句，Cloud Firestore 就能重複使用現有索引。Cloud Firestore 可以合併簡單等式篩選器的索引，建立較大型等式查詢所需的索引。

您可以找出可使用索引合併的情況，降低索引成本。舉例來說，在餐廳評分應用程式的 restaurants 集合中：

• collections_bookmark 間餐廳

  • class burgerthyme

    name : "Burger Thyme"
category : "burgers"
city : "San Francisco"
editors_pick : true
star_rating : 4
    

這個應用程式會使用類似下方的查詢。應用程式會使用 category、city 和 editors_pick 的等式子句組合，同時一律依遞增 star_rating 排序：

db.collection("restaurants").where("category", "==", "burgers")
                            .orderBy("star_rating")

db.collection("restaurants").where("city", "==", "San Francisco")
                            .orderBy("star_rating")

db.collection("restaurants").where("category", "==", "burgers")
                            .where("city", "==", "San Francisco")
                            .orderBy("star_rating")

db.collection("restaurants").where("category", "==", "burgers")
                            .where("city", "==", "San Francisco")
                            .where("editors_pick", "==", true )
                            .orderBy("star_rating")

您可以為每項查詢建立索引：

更好的解決方案是利用 Cloud Firestore 合併等式子句索引的功能，減少索引數量：

這組索引不僅較小，還支援額外的查詢：

db.collection("restaurants").where("editors_pick", "==", true)
                            .orderBy("star_rating")

索引限制

索引有下列限制。如要進一步瞭解配額和限制，請參閱「配額與限制」。

索引最佳做法

對於大多數應用程式，您可以依賴自動建立索引和錯誤訊息連結來管理索引。不過，在下列情況下，您可能需要新增自動建立索引豁免項目：

如果您在多個欄位使用含有範圍和不等運算子的查詢，請參閱索引注意事項，瞭解如何最佳化 Cloud Firestore 查詢的效能和成本。

如要進一步瞭解如何解決索引問題 (索引展開、INVALID_ARGUMENT 錯誤)，請參閱疑難排解頁面。