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Verteilte Zähler

Viele Echtzeitapps haben Dokumente, die als Zähler fungieren. Sie können z. B. "Gefällt mir"-Angaben für einen Beitrag zählen oder wie oft ein bestimmter Artikel als "Favorit" markiert wurde.

In Cloud Firestore können Sie ein einzelnes Dokument nicht mit unbegrenzter Geschwindigkeit aktualisieren. Wenn Sie einen Zähler auf einem einzelnen Dokument basierend haben und dieser häufig genug erhöht wird, kommt es irgendwann zu Konflikten bei den Aktualisierungen des Dokuments. Weitere Informationen finden Sie unter Aktualisierungen für ein einzelnes Dokument.

Lösung: Verteilte Zähler

Wenn Sie möchten, dass häufigere Zähleraktualisierungen unterstützt werden, können Sie einen verteilten Zähler erstellen. Jeder Zähler ist ein Dokument mit einer untergeordneten Sammlung von "Shards". Der Wert des Zählers ist die Summe der Werte der Shards.

Der Schreibdurchsatz nimmt linear mit der Anzahl der Shards zu, sodass ein verteilter Zähler mit 10 Shards 10-mal so viele Schreibvorgänge verarbeiten kann wie ein herkömmlicher Zähler.

Web

// counters/${ID}
{
  "num_shards": NUM_SHARDS,
  "shards": [subcollection]
}

// counters/${ID}/shards/${NUM}
{
  "count": 123
}

Swift

Hinweis: Dieses Produkt nicht ist auf WatchOS- und App Clip-Zielen verfügbar.

// counters/${ID}
struct Counter {
  let numShards: Int

  init(numShards: Int) {
    self.numShards = numShards
  }
}

// counters/${ID}/shards/${NUM}
struct Shard {
  let count: Int

  init(count: Int) {
    self.count = count
  }
}SolutionCountersViewController.swift

Objective-C

Hinweis: Dieses Produkt nicht ist auf WatchOS- und App Clip-Zielen verfügbar.

// counters/${ID}
@interface FIRCounter : NSObject
@property (nonatomic, readonly) NSInteger shardCount;
@end

@implementation FIRCounter
- (instancetype)initWithShardCount:(NSInteger)shardCount {
  self = [super init];
  if (self != nil) {
    _shardCount = shardCount;
  }
  return self;
}
@end

// counters/${ID}/shards/${NUM}
@interface FIRShard : NSObject
@property (nonatomic, readonly) NSInteger count;
@end

@implementation FIRShard
- (instancetype)initWithCount:(NSInteger)count {
  self = [super init];
  if (self != nil) {
    _count = count;
  }
  return self;
}
@endFIRSolutionCountersViewController.m

Kotlin

// counters/${ID}
data class Counter(var numShards: Int)

// counters/${ID}/shards/${NUM}
data class Shard(var count: Int)SolutionCounters.kt

Java

// counters/${ID}
public class Counter {
    int numShards;

    public Counter(int numShards) {
        this.numShards = numShards;
    }
}

// counters/${ID}/shards/${NUM}
public class Shard {
    int count;

    public Shard(int count) {
        this.count = count;
    }
}SolutionCounters.java

Python

import random

from google.cloud import firestore


class Shard:
    """
    A shard is a distributed counter. Each shard can support being incremented
    once per second. Multiple shards are needed within a Counter to allow
    more frequent incrementing.
    """

    def __init__(self):
        self._count = 0

    def to_dict(self):
        return {"count": self._count}


class Counter:
    """
    A counter stores a collection of shards which are
    summed to return a total count. This allows for more
    frequent incrementing than a single document.
    """

    def __init__(self, num_shards):
        self._num_shards = num_shards
distributed_counters.py

Python

import random

from google.cloud import firestore


class Shard:
    """
    A shard is a distributed counter. Each shard can support being incremented
    once per second. Multiple shards are needed within a Counter to allow
    more frequent incrementing.
    """

    def __init__(self):
        self._count = 0

    def to_dict(self):
        return {"count": self._count}


class Counter:
    """
    A counter stores a collection of shards which are
    summed to return a total count. This allows for more
    frequent incrementing than a single document.
    """

    def __init__(self, num_shards):
        self._num_shards = num_shards
distributed_counters.py

Node.js

Nicht zutreffend, siehe Snippet zur Zählererhöhung unten.

Go

import (
	"context"
	"fmt"
	"math/rand"
	"strconv"

	"cloud.google.com/go/firestore"
	"google.golang.org/api/iterator"
)

// Counter is a collection of documents (shards)
// to realize counter with high frequency.
type Counter struct {
	numShards int
}

// Shard is a single counter, which is used in a group
// of other shards within Counter.
type Shard struct {
	Count int
}
solution_counters.go

PHP

Nicht zutreffend, siehe Snippet zur Zählerinitialisierung unten.

C#

/// <summary>
/// Shard is a document that contains the count.
/// </summary>
[FirestoreData]
public class Shard
{
    [FirestoreProperty(name: "count")]
    public int Count { get; set; }
}Program.cs

Mit dem folgenden Code wird ein verteilter Zähler initialisiert:

Web

function createCounter(ref, num_shards) {
    var batch = db.batch();

    // Initialize the counter document
    batch.set(ref, { num_shards: num_shards });

    // Initialize each shard with count=0
    for (let i = 0; i < num_shards; i++) {
        const shardRef = ref.collection('shards').doc(i.toString());
        batch.set(shardRef, { count: 0 });
    }

    // Commit the write batch
    return batch.commit();
}test.solution-counters.js

Swift

Hinweis: Dieses Produkt nicht ist auf WatchOS- und App Clip-Zielen verfügbar.

func createCounter(ref: DocumentReference, numShards: Int) async {
  do {
    try await ref.setData(["numShards": numShards])
    for i in 0...numShards {
      try await ref.collection("shards").document(String(i)).setData(["count": 0])
    }
  } catch {
    // ...
  }
}SolutionCountersViewController.swift

Objective-C

Hinweis: Dieses Produkt nicht ist auf WatchOS- und App Clip-Zielen verfügbar.

- (void)createCounterAtReference:(FIRDocumentReference *)reference
                      shardCount:(NSInteger)shardCount {
  [reference setData:@{ @"numShards": @(shardCount) } completion:^(NSError * _Nullable error) {
    for (NSInteger i = 0; i < shardCount; i++) {
      NSString *shardName = [NSString stringWithFormat:@"%ld", (long)shardCount];
      [[[reference collectionWithPath:@"shards"] documentWithPath:shardName]
          setData:@{ @"count": @(0) }];
    }
  }];
}FIRSolutionCountersViewController.m

Kotlin

fun createCounter(ref: DocumentReference, numShards: Int): Task<Void> {
    // Initialize the counter document, then initialize each shard.
    return ref.set(Counter(numShards))
        .continueWithTask { task ->
            if (!task.isSuccessful) {
                throw task.exception!!
            }

            val tasks = arrayListOf<Task<Void>>()

            // Initialize each shard with count=0
            for (i in 0 until numShards) {
                val makeShard = ref.collection("shards")
                    .document(i.toString())
                    .set(Shard(0))

                tasks.add(makeShard)
            }

            Tasks.whenAll(tasks)
        }
}SolutionCounters.kt

Java

public Task<Void> createCounter(final DocumentReference ref, final int numShards) {
    // Initialize the counter document, then initialize each shard.
    return ref.set(new Counter(numShards))
            .continueWithTask(new Continuation<Void, Task<Void>>() {
                @Override
                public Task<Void> then(@NonNull Task<Void> task) throws Exception {
                    if (!task.isSuccessful()) {
                        throw task.getException();
                    }

                    List<Task<Void>> tasks = new ArrayList<>();

                    // Initialize each shard with count=0
                    for (int i = 0; i < numShards; i++) {
                        Task<Void> makeShard = ref.collection("shards")
                                .document(String.valueOf(i))
                                .set(new Shard(0));

                        tasks.add(makeShard);
                    }

                    return Tasks.whenAll(tasks);
                }
            });
}SolutionCounters.java

Python

def init_counter(self, doc_ref):
    """
    Create a given number of shards as
    subcollection of specified document.
    """
    col_ref = doc_ref.collection("shards")

    # Initialize each shard with count=0
    for num in range(self._num_shards):
        shard = Shard()
        col_ref.document(str(num)).set(shard.to_dict())
distributed_counters.py

Python

async def init_counter(self, doc_ref):
    """
    Create a given number of shards as
    subcollection of specified document.
    """
    col_ref = doc_ref.collection("shards")

    # Initialize each shard with count=0
    for num in range(self._num_shards):
        shard = Shard()
        await col_ref.document(str(num)).set(shard.to_dict())
distributed_counters.py

Node.js

Nicht zutreffend, siehe Snippet zur Zählererhöhung unten.

Go


// initCounter creates a given number of shards as
// subcollection of specified document.
func (c *Counter) initCounter(ctx context.Context, docRef *firestore.DocumentRef) error {
	colRef := docRef.Collection("shards")

	// Initialize each shard with count=0
	for num := 0; num < c.numShards; num++ {
		shard := Shard{0}

		if _, err := colRef.Doc(strconv.Itoa(num)).Set(ctx, shard); err != nil {
			return fmt.Errorf("Set: %w", err)
		}
	}
	return nil
}
solution_counters.go

PHP

$numShards = 10;
$ref = $db->collection('samples/php/distributedCounters');
for ($i = 0; $i < $numShards; $i++) {
    $doc = $ref->document((string) $i);
    $doc->set(['Cnt' => 0]);
}solution_sharded_counter_create.php

C#

/// <summary>
/// Create a given number of shards as a
/// subcollection of specified document.
/// </summary>
/// <param name="docRef">The document reference <see cref="DocumentReference"/></param>
private static async Task CreateCounterAsync(DocumentReference docRef, int numOfShards)
{
    CollectionReference colRef = docRef.Collection("shards");
    var tasks = new List<Task>();
    // Initialize each shard with Count=0
    for (var i = 0; i < numOfShards; i++)
    {
        tasks.Add(colRef.Document(i.ToString()).SetAsync(new Shard() { Count = 0 }));
    }
    await Task.WhenAll(tasks);
}Program.cs

Ruby

# project_id = "Your Google Cloud Project ID"
# num_shards = "Number of shards for distributed counter"
# collection_path = "shards"

require "google/cloud/firestore"

firestore = Google::Cloud::Firestore.new project_id: project_id

shards_ref = firestore.col collection_path

# Initialize each shard with count=0
num_shards.times do |i|
  shards_ref.doc(i).set({ count: 0 })
end

puts "Distributed counter shards collection created."distributed_counters.rb

Wenn Sie den Zähler erhöhen möchten, wählen Sie einen zufälligen Shard aus und erhöhen Sie dessen Zählerwert:

Web

function incrementCounter(ref, num_shards) {
    // Select a shard of the counter at random
    const shard_id = Math.floor(Math.random() * num_shards).toString();
    const shard_ref = ref.collection('shards').doc(shard_id);

    // Update count
    return shard_ref.update("count", firebase.firestore.FieldValue.increment(1));
}test.solution-counters.js

Swift

Hinweis: Dieses Produkt nicht ist auf WatchOS- und App Clip-Zielen verfügbar.

func incrementCounter(ref: DocumentReference, numShards: Int) {
  // Select a shard of the counter at random
  let shardId = Int(arc4random_uniform(UInt32(numShards)))
  let shardRef = ref.collection("shards").document(String(shardId))

  shardRef.updateData([
    "count": FieldValue.increment(Int64(1))
  ])
}SolutionCountersViewController.swift

Objective-C

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- (void)incrementCounterAtReference:(FIRDocumentReference *)reference
                         shardCount:(NSInteger)shardCount {
  // Select a shard of the counter at random
  NSInteger shardID = (NSInteger)arc4random_uniform((uint32_t)shardCount);
  NSString *shardName = [NSString stringWithFormat:@"%ld", (long)shardID];
  FIRDocumentReference *shardReference =
      [[reference collectionWithPath:@"shards"] documentWithPath:shardName];

  [shardReference updateData:@{
    @"count": [FIRFieldValue fieldValueForIntegerIncrement:1]
  }];
}FIRSolutionCountersViewController.m

Kotlin

fun incrementCounter(ref: DocumentReference, numShards: Int): Task<Void> {
    val shardId = Math.floor(Math.random() * numShards).toInt()
    val shardRef = ref.collection("shards").document(shardId.toString())

    return shardRef.update("count", FieldValue.increment(1))
}SolutionCounters.kt

Java

public Task<Void> incrementCounter(final DocumentReference ref, final int numShards) {
    int shardId = (int) Math.floor(Math.random() * numShards);
    DocumentReference shardRef = ref.collection("shards").document(String.valueOf(shardId));

    return shardRef.update("count", FieldValue.increment(1));
}SolutionCounters.java

Python

def increment_counter(self, doc_ref):
    """Increment a randomly picked shard."""
    doc_id = random.randint(0, self._num_shards - 1)

    shard_ref = doc_ref.collection("shards").document(str(doc_id))
    return shard_ref.update({"count": firestore.Increment(1)})
distributed_counters.py

Python

async def increment_counter(self, doc_ref):
    """Increment a randomly picked shard."""
    doc_id = random.randint(0, self._num_shards - 1)

    shard_ref = doc_ref.collection("shards").document(str(doc_id))
    return await shard_ref.update({"count": firestore.Increment(1)})
distributed_counters.py

Node.js

function incrementCounter(docRef, numShards) {
  const shardId = Math.floor(Math.random() * numShards);
  const shardRef = docRef.collection('shards').doc(shardId.toString());
  return shardRef.set({count: FieldValue.increment(1)}, {merge: true});
}solution-counters.js

Go


// incrementCounter increments a randomly picked shard.
func (c *Counter) incrementCounter(ctx context.Context, docRef *firestore.DocumentRef) (*firestore.WriteResult, error) {
	docID := strconv.Itoa(rand.Intn(c.numShards))

	shardRef := docRef.Collection("shards").Doc(docID)
	return shardRef.Update(ctx, []firestore.Update{
		{Path: "Count", Value: firestore.Increment(1)},
	})
}
solution_counters.go

PHP

$ref = $db->collection('samples/php/distributedCounters');
$numShards = 0;
$docCollection = $ref->documents();
foreach ($docCollection as $doc) {
    $numShards++;
}
$shardIdx = random_int(0, max(1, $numShards) - 1);
$doc = $ref->document((string) $shardIdx);
$doc->update([
    ['path' => 'Cnt', 'value' => FieldValue::increment(1)]
]);solution_sharded_counter_increment.php

C#

/// <summary>
/// Increment a randomly picked shard by 1.
/// </summary>
/// <param name="docRef">The document reference <see cref="DocumentReference"/></param>
/// <returns>The <see cref="Task"/></returns>
private static async Task IncrementCounterAsync(DocumentReference docRef, int numOfShards)
{
    int documentId;
    lock (s_randLock)
    {
        documentId = s_rand.Next(numOfShards);
    }
    var shardRef = docRef.Collection("shards").Document(documentId.ToString());
    await shardRef.UpdateAsync("count", FieldValue.Increment(1));
}Program.cs

Ruby

# project_id = "Your Google Cloud Project ID"
# num_shards = "Number of shards for distributed counter"
# collection_path = "shards"

require "google/cloud/firestore"

firestore = Google::Cloud::Firestore.new project_id: project_id

# Select a shard of the counter at random
shard_id = rand 0...num_shards
shard_ref = firestore.doc "#{collection_path}/#{shard_id}"

# increment counter
shard_ref.update({ count: firestore.field_increment(1) })

puts "Counter incremented."distributed_counters.rb

Wenn Sie den Gesamtzählerwert ermitteln möchten, führen Sie eine Abfrage für alle Shards durch und addieren Sie die count-Felder:

Web

function getCount(ref) {
    // Sum the count of each shard in the subcollection
    return ref.collection('shards').get().then((snapshot) => {
        let total_count = 0;
        snapshot.forEach((doc) => {
            total_count += doc.data().count;
        });

        return total_count;
    });
}test.solution-counters.js

Swift

Hinweis: Dieses Produkt nicht ist auf WatchOS- und App Clip-Zielen verfügbar.

func getCount(ref: DocumentReference) async {
  do {
    let querySnapshot = try await ref.collection("shards").getDocuments()
    var totalCount = 0
    for document in querySnapshot.documents {
      let count = document.data()["count"] as! Int
      totalCount += count
    }

    print("Total count is \(totalCount)")
  } catch {
    // handle error
  }
}SolutionCountersViewController.swift

Objective-C

Hinweis: Dieses Produkt nicht ist auf WatchOS- und App Clip-Zielen verfügbar.

- (void)getCountWithReference:(FIRDocumentReference *)reference {
  [[reference collectionWithPath:@"shards"]
      getDocumentsWithCompletion:^(FIRQuerySnapshot *snapshot,
                                   NSError *error) {
        NSInteger totalCount = 0;
        if (error != nil) {
          // Error getting shards
          // ...
        } else {
          for (FIRDocumentSnapshot *document in snapshot.documents) {
            NSInteger count = [document[@"count"] integerValue];
            totalCount += count;
          }

          NSLog(@"Total count is %ld", (long)totalCount);
        }
  }];
}FIRSolutionCountersViewController.m

Kotlin

fun getCount(ref: DocumentReference): Task<Int> {
    // Sum the count of each shard in the subcollection
    return ref.collection("shards").get()
        .continueWith { task ->
            var count = 0
            for (snap in task.result!!) {
                val shard = snap.toObject<Shard>()
                count += shard.count
            }
            count
        }
}SolutionCounters.kt

Java

public Task<Integer> getCount(final DocumentReference ref) {
    // Sum the count of each shard in the subcollection
    return ref.collection("shards").get()
            .continueWith(new Continuation<QuerySnapshot, Integer>() {
                @Override
                public Integer then(@NonNull Task<QuerySnapshot> task) throws Exception {
                    int count = 0;
                    for (DocumentSnapshot snap : task.getResult()) {
                        Shard shard = snap.toObject(Shard.class);
                        count += shard.count;
                    }
                    return count;
                }
            });
}SolutionCounters.java

Python

def get_count(self, doc_ref):
    """Return a total count across all shards."""
    total = 0
    shards = doc_ref.collection("shards").list_documents()
    for shard in shards:
        total += shard.get().to_dict().get("count", 0)
    return total
distributed_counters.py

Python

async def get_count(self, doc_ref):
    """Return a total count across all shards."""
    total = 0
    shards = doc_ref.collection("shards").list_documents()
    async for shard in shards:
        total += (await shard.get()).to_dict().get("count", 0)
    return total
distributed_counters.py

Node.js

async function getCount(docRef) {
  const querySnapshot = await docRef.collection('shards').get();
  const documents = querySnapshot.docs;

  let count = 0;
  for (const doc of documents) {
    count += doc.get('count');
  }
  return count;
}solution-counters.js

Go


// getCount returns a total count across all shards.
func (c *Counter) getCount(ctx context.Context, docRef *firestore.DocumentRef) (int64, error) {
	var total int64
	shards := docRef.Collection("shards").Documents(ctx)
	for {
		doc, err := shards.Next()
		if err == iterator.Done {
			break
		}
		if err != nil {
			return 0, fmt.Errorf("Next: %w", err)
		}

		vTotal := doc.Data()["Count"]
		shardCount, ok := vTotal.(int64)
		if !ok {
			return 0, fmt.Errorf("firestore: invalid dataType %T, want int64", vTotal)
		}
		total += shardCount
	}
	return total, nil
}
solution_counters.go

PHP

$result = 0;
$docCollection = $db->collection('samples/php/distributedCounters')->documents();
foreach ($docCollection as $doc) {
    $result += $doc->data()['Cnt'];
}solution_sharded_counter_get.php

C#

/// <summary>
/// Get total count across all shards.
/// </summary>
/// <param name="docRef">The document reference <see cref="DocumentReference"/></param>
/// <returns>The <see cref="int"/></returns>
private static async Task<int> GetCountAsync(DocumentReference docRef)
{
    var snapshotList = await docRef.Collection("shards").GetSnapshotAsync();
    return snapshotList.Sum(shard => shard.GetValue<int>("count"));
}Program.cs

Ruby

# project_id = "Your Google Cloud Project ID"
# collection_path = "shards"

require "google/cloud/firestore"

firestore = Google::Cloud::Firestore.new project_id: project_id

shards_ref = firestore.col_group collection_path

count = 0
shards_ref.get do |doc_ref|
  count += doc_ref[:count]
end

puts "Count value is #{count}."distributed_counters.rb

Beschränkungen

Die oben gezeigte Lösung ist eine skalierbare Methode zum Erstellen gemeinsam genutzter Zähler in Cloud Firestore. Beachten Sie jedoch die folgenden Einschränkungen:

Shard-Anzahl: Die Leistung des verteilten Zählers ergibt sich aus der Anzahl der Shards. Wenn zu wenige Shards vorhanden sind, müssen möglicherweise einige Transaktionen wiederholt werden, bevor sie erfolgreich ausgeführt werden. Dadurch werden Schreibvorgänge verlangsamt. Bei zu vielen Shards werden Lesevorgänge langsamer und teurer. Sie können die Lesekosten ausgleichen. Dazu belassen Sie die Zählersumme in einem separaten Rollup-Dokument, das mit einer langsameren Taktung aktualisiert wird, und lassen die Clients aus diesem Dokument lesen, um die Gesamtsumme zu erhalten. Dabei gehen Sie den Kompromiss ein, dass Clients auf die Aktualisierung des Rollup-Dokuments warten müssen, anstatt die Shards unmittelbar nach jeder Aktualisierung auslesen und daraus die Gesamtsumme berechnen zu können.
Kosten: Die Kosten für das Lesen eines Zählerwerts steigen linear mit der Anzahl der Shards, da die gesamte untergeordnete Sammlung der Shards geladen werden muss.