Распределенные счетчики

Многие приложения реального времени имеют документы, которые действуют как счетчики. Например, вы можете подсчитывать «лайки» для публикации или «избранное» для определенного элемента.

В Cloud Firestore вы можете обновлять один документ примерно раз в секунду, что может быть слишком мало для некоторых приложений с высоким трафиком.

Решение: распределенные счетчики

Для поддержки более частых обновлений счетчика создайте распределенный счетчик. Каждый счетчик представляет собой документ с вложенной коллекцией «осколков», а значение счетчика представляет собой сумму значений осколков.

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

Интернет

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

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

Быстрый

Примечание. Этот продукт недоступен для целей 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
    }
}
SolutionCountersViewController.swift

Цель-C

Примечание. Этот продукт недоступен для целей 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
FIRSolutionCountersViewController.m

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

Kotlin+KTX

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

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

Питон

import random

from google.cloud import firestore


class Shard(object):
    """
    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(object):
    """
    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(object):
    """
    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(object):
    """
    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

Неприменимо, см. приведенный ниже фрагмент приращения счетчика.

Идти

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

Неприменимо, см. приведенный ниже фрагмент инициализации счетчика.

С#

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

Следующий код инициализирует распределенный счетчик:

Интернет

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

Быстрый

Примечание. Этот продукт недоступен для целей watchOS и App Clip.
func createCounter(ref: DocumentReference, numShards: Int) {
    ref.setData(["numShards": numShards]){ (err) in
        for i in 0...numShards {
            ref.collection("shards").document(String(i)).setData(["count": 0])
        }
    }
}
SolutionCountersViewController.swift

Цель-C

Примечание. Этот продукт недоступен для целей 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) }];
    }
  }];
}
FIRSolutionCountersViewController.m

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

Kotlin+KTX

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

Питон

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

Неприменимо, см. приведенный ниже фрагмент приращения счетчика.

Идти


// 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: %v", err)
		}
	}
	return nil
}

solution_counters.go

PHP

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

С#

/// <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

Рубин

# 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

Чтобы увеличить счетчик, выберите случайный фрагмент и увеличьте счетчик:

Интернет

function incrementCounter(db, 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

Быстрый

Примечание. Этот продукт недоступен для целей 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))
    ])
}
SolutionCountersViewController.swift

Цель-C

Примечание. Этот продукт недоступен для целей 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]
  }];
}
FIRSolutionCountersViewController.m

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

Kotlin+KTX

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

питон

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

Идти


// 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, $numShards - 1);
$doc = $ref->document($shardIdx);
$doc->update([
    ['path' => 'Cnt', 'value' => FieldValue::increment(1)]
]);
solution_sharded_counter_increment.php

С#

/// <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

Рубин

# 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

Чтобы получить общее количество, запросите все осколки и просуммируйте их поля count :

Интернет

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

Быстрый

Примечание. Этот продукт недоступен для целей watchOS и App Clip.
func getCount(ref: DocumentReference) {
    ref.collection("shards").getDocuments() { (querySnapshot, err) in
        var totalCount = 0
        if err != nil {
            // Error getting shards
            // ...
        } else {
            for document in querySnapshot!.documents {
                let count = document.data()["count"] as! Int
                totalCount += count
            }
        }

        print("Total count is \(totalCount)")
    }
}
SolutionCountersViewController.swift

Цель-C

Примечание. Этот продукт недоступен для целей 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);
        }
  }];
}
FIRSolutionCountersViewController.m

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

Kotlin+KTX

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

питон

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

Идти


// 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: %v", 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

С#

/// <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

Рубин

# 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

Ограничения

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

  • Количество сегментов — количество сегментов определяет производительность распределенного счетчика. При слишком малом количестве сегментов некоторым транзакциям, возможно, придется повторить попытку, прежде чем они будут успешными, что замедлит запись. При слишком большом количестве осколков чтение становится медленнее и дороже. Вы можете компенсировать затраты на чтение, сохранив общее значение счетчика в отдельном сводном документе, который обновляется медленнее (например, один раз в секунду), и заставив клиентов читать этот документ, чтобы получить общее значение. Компромисс заключается в том, что клиентам придется ждать обновления сводного документа вместо того, чтобы вычислять общее количество, читая все осколки сразу после любого обновления.
  • Стоимость . Стоимость считывания значения счетчика увеличивается линейно с количеством осколков, так как должна быть загружена вся вложенная коллекция осколков.