Распределенные счетчики

Во многих приложениях реального времени есть документы, которые действуют как счетчики. Например, вы можете подсчитывать количество лайков к записи или добавлений определенного товара в избранное.

В Cloud Firestore нельзя обновлять один документ неограниченное количество раз. Если у вас есть счетчик, основанный на одном документе и достаточно частых приращениях к нему, вы в конечном итоге увидите разногласия по поводу обновлений документа. Подробнее об обновлении одного документа…

Решение: распределенные счетчики

Чтобы счетчик обновлялся чаще, создайте распределенный счетчик. Каждый счетчик представляет собой документ с подколлекцией сегментов, а значение счетчика – это сумма значений сегментов.

Пропускная способность записи увеличивается линейно с количеством сегментов, поэтому распределенный счетчик с 10 сегментами может обрабатывать в 10 раз больше записей, чем традиционный счетчик.

Веб-приложение

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

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

Swift

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
// 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

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
// 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;
    }
}

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

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

Неприменимо. См. фрагмент кода для увеличения счетчика ниже.

Проложить маршрут

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

Неприменимо. См. фрагмент инициализации счетчика ниже.

C# 

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

Следующий код инициализирует распределенный счетчик:

Веб-приложение

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

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
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

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
- (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);
                }
            });
}

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())

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

Неприменимо. См. фрагмент кода для увеличения счетчика ниже.

Проложить маршрут


// 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]);
}

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);
}

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."

Чтобы увеличить счетчик, выберите случайный сегмент и увеличьте его значение:

Веб-приложение

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

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
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

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
- (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));
}

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)})

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});
}

Проложить маршрут


// 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)]
]);

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));
}

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."

Чтобы получить общее количество, запросите все сегменты и суммируйте их поля count:

Веб-приложение

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

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
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

Примечание. Этот продукт недоступен для watchOS и App Clip. 
- (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;
                }
            });
}

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

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;
}

Проложить маршрут


// 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'];
}

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"));
}

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}."

Ограничения

Решение, показанное выше, – это масштабируемый способ создания общих счетчиков в Cloud Firestore, но вы должны знать о следующих ограничениях:

  • Количество сегментов. От этого параметра зависит производительность распределенного счетчика. Если сегментов слишком мало, некоторые транзакции могут быть выполнены только после повторной попытки, что замедлит запись. Если сегментов слишком много, чтение замедляется и становится более затратным. Вы можете компенсировать расходы на чтение, сохраняя общее количество счетчиков в отдельном сводном документе, который обновляется реже, и заставляя клиентов читать из этого документа, чтобы получить общее количество. Компромисс заключается в том, что клиентам придется ждать обновления сводного документа, вместо того чтобы вычислять общую сумму, считывая все сегменты сразу после любого обновления.
  • Стоимость. Стоимость чтения значения счетчика увеличивается линейно с увеличением количества сегментов, поскольку необходимо загрузить всю подколлекцию сегментов.