شمارنده‌های توزیع‌شده

بسیاری از برنامه‌های هم‌زمان اسنادی دارند که به‌عنوان شمارنده عمل می‌کنند. برای مثال، ممکن است «پسندیدن‌های» یک پست یا «موارد دلخواه» یک مورد خاص را بشمارید.

در Cloud Firestore، نمی‌توانید یک سند را با نرخ نامحدود به‌روز کنید. اگر شمارنده‌ای براساس یک سند داشته باشید و به‌اندازه کافی افزایش مکرر در آن داشته باشید، درنهایت شاهد رقابت در به‌روزرسانی‌های سند خواهید بود. به‌روزرسانی‌های یک سند را ببینید.

راه‌حل: شمارنده‌های توزیع‌شده

برای پشتیبانی از به‌روزرسانی‌های مکرر شمارنده، شمارنده توزیع‌شده ایجاد کنید. هر شمارنده سندی با زیرمجموعه‌ای از «تکه‌ها» است و مقدار شمارنده مجموع مقدار تکه‌ها است.

توان عملیاتی نوشتن به‌صورت خطی با تعداد بخش‌ها افزایش می‌یابد، بنابراین یک شمارنده توزیع‌شده با ۱۰ بخش می‌تواند ۱۰ برابر بیشتر از یک شمارنده سنتی نوشتن را مدیریت کند.

وب

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

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

Swift

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
// 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
  }
}

Objective-C

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
// 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;
}
@end

Kotlin 

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

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

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;
    }
}

پایتون 

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

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

Node.js

قابل‌اجرا نیست، تکه‌کد افزایش شمارنده را در زیر ببینید.

رفتن

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
}

PHP

قابل‌اجرا نیست، تکه‌کد مقداردهی اولیه شمارنده را در زیر ببینید.

سی شارپ 

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

کد زیر یک شمارنده توزیع‌شده را مقداردهی اولیه می‌کند:

وب

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();
}

Swift

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
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 {
    // ...
  }
}

Objective-C

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
- (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) }];
    }
  }];
}

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)
        }
}

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);
                }
            });
}

پایتون 

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())

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())

Node.js

قابل‌اجرا نیست، تکه‌کد افزایش شمارنده را در زیر ببینید.

رفتن


// 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
}

PHP 

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

سی شارپ 

/// <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);
}

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."

برای افزایش شمارنده، یک قطعه تصادفی را انتخاب کنید و تعداد را افزایش دهید:

وب

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));
}

Swift

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
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))
  ])
}

Objective-C

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
- (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]
  }];
}

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))
}

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));
}

پایتون 

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)})

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)})

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});
}

رفتن


// 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)},
	})
}

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)]
]);

سی شارپ 

/// <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));
}

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."

برای دریافت تعداد کل، همه قطعات را پُرسمان کنید و فیلدهای count آن‌ها را جمع کنید:

وب

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;
    });
}

Swift

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
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
  }
}

Objective-C

توجه: این محصول در watchOS و App Clip دردسترس نیست. 
- (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);
        }
  }];
}

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
        }
}

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;
                }
            });
}

پایتون 

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

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

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;
}

رفتن


// 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
}

PHP 

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

سی شارپ 

/// <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"));
}

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}."

محدودیت‌ها

راه‌حل نشان‌داده‌شده در بالا روشی مقیاس‌پذیر برای ایجاد شمارنده‌های مشترک در Cloud Firestore است، اما باید از محدودیت‌های زیر آگاه باشید:

  • تعداد شارد - تعداد شاردها عملکرد شمارنده توزیع‌شده را کنترل می‌کند. اگر تعداد قطعه‌ها خیلی کم باشد، ممکن است برخی تراکنش‌ها قبل‌از موفقیت مجبور به تکرار شوند که این امر سرعت نوشتن را کاهش می‌دهد. با تعداد زیادی تکه، خواندن کندتر و گران‌تر می‌شود. می‌توانید با نگه داشتن مجموع شمارنده در سند خلاصه‌سازی جداگانه‌ای که با آهنگ کندتری به‌روز می‌شود، هزینه خواندن را جبران کنید و از مشتریان بخواهید برای دریافت مجموع، از آن سند بخوانند. مبادله این است که کارخواه‌ها باید منتظر به‌روز شدن سند خلاصه‌سازی باشند، به‌جای اینکه مجموع را با خواندن همه قطعه‌ها بلافاصله پس‌از هر به‌روزرسانی محاسبه کنند.
  • هزینه - هزینه خواندن مقدار شمارنده به‌صورت خطی با تعداد قطعات افزایش می‌یابد، زیرا کل زیرمجموعه قطعات باید بارگیری شود.