De Niel Markwick, arquiteto de soluções, e Robert Saxby, especialista em Big Data Cloud Spanner é um serviço de banco de dados relacional e escalonável horizontalmente desenvolvido a partir de uma perspectiva de projeto distribuído/em nuvem. Ele oferece eficiência e alta disponibilidade a desenvolvedores e administradores de banco de dados (DBAs), mas é estruturalmente diferente dos bancos de dados comuns que você conhece. Nesta série do blog, vamos falar sobre as principais diferenças que os DBAs e desenvolvedores encontrarão ao migrarem dos sistemas de gerenciamento de banco de dados relacional (RBDMS) de escalonamento vertical (scale-up) para o Cloud Spanner. Vamos discutir ações recomendadas e não recomendadas, apresentar melhores práticas e entender por que o Cloud Spanner é diferente.
Seleção de chaves e uso de índices
Como abordar a lógica empresarial
Importação e exportação de dados
Migração do seu RDBMS atual
Otimização do desempenho
Controle de acesso e geração de registros
Você vai passar a compreender como usar o Cloud Spanner da melhor forma e aproveitar seu potencial para atingir um desempenho linearmente escalonável em bancos de dados gigantes. Na primeira parte, vamos começar entendendo mais a fundo como os conceitos de chaves e índices funcionam no Cloud Spanner.
Escolhendo chaves no Cloud Spanner
Assim como em outros bancos de dados, a escolha de chaves é vital para otimizar o desempenho do banco de dados. Isso é ainda mais importante no Cloud Spanner por conta da forma que os mecanismos dele distribuem a carga dos bancos de dados. Ao contrário do RDBMS tradicional, você precisa ter cuidado na hora de escolher as chaves primárias para as tabelas e quais colunas devem ser indexadas. seções , usando intervalos da chave primária classificada por lexicografia.
Seções de tabela e escolha de chave
O Cloud Spanner gerencia seções usando o Paxos (se quiser conhecer como, acesse a documentação detalhada: Vida das leituras e gravações do Cloud Spanner e Spanner: banco de dados distribuído globalmente do Google ). Em uma instância regional do Cloud Spanner, a responsabilidade por ler/gravar cada seção é distribuída em um grupo de três nós, cada um em uma das três zonas de disponibilidade da instância do Cloud Spanner.
Problemas com pontos sobrecarregados
adicionando e removendo seções em segundo plano , de acordo com a carga de leitura e gravação, e criando uma nova seção quando o tamanho de uma seção ultrapassa um limite determinado. Porém, em uma tabela que cresce constantemente, isso não acontece rápido o suficiente para evitar a criação de um ponto sobrecarregado.Cloud Spanner – escolhendo as chaves primárias certas para ver informações detalhadas sobre como detectar e evitar pontos sobrecarregados).
Problemas com geradores de sequência
O conceito dos geradores de sequência, ou a falta deles, é uma área importante de se explorar mais. RDBMSs verticais tradicionais têm geradores de sequência integrados, que criam novas chaves de número inteiro em uma determinada sequência durante uma transação. O Cloud Spanner não pode ter esse recurso por causa da sua arquitetura distribuída, pois haveria condições de corrida entre os nós do líder da seção ao inserir chaves novas ou a tabela teria que ser globalmente bloqueada na hora de gerar uma nova chave. Qualquer uma dessas opções prejudicaria o desempenho.
Se a SELEÇÃO da chave atual é realizada na transação, uma instância do aplicativo que tentar acrescentar bloquearia todas as outras instâncias do aplicativo que estivessem tentando acrescentar por causa do bloqueio de linha.
Se a SELEÇÃO da chave atual é feita fora da transação, haveria uma corrida entre as instâncias do aplicativo que estivessem tentando acrescentar a nova linha. Uma teria sucesso, enquanto que as outras teriam que tentar de novo (e inclusive gerar uma nova chave) quando a adição falhasse, já que a chave já existiria.
O que torna uma chave boa?
Bom, se chaves sequenciais limitam o desempenho do banco de dados no Cloud Spanner, qual seria uma boa chave para se usar? O ideal é que bits de ordem superior estejam uniforme e semialeatoriamente distribuídos quando as chaves forem geradas. UUID . As versões 1 e 2 usam prefixos determinísticos, como carimbos de data e hora ou endereços MAC. Veja se o método de geração de UUIDs que você usa é aleatoriamente distribuído de verdade, ou seja, v4, pelo menos para os bytes de ordem superior. Assim, você garante que as chaves sejam uniformemente distribuídas no keyspace, o que, por sua vez, garante que a carga seja uniformemente distribuída aos nós do Spanner.
E se eu realmente precisar que uma sequência de números inteiros seja a chave?
Apesar de não ser recomendado, em algumas circunstâncias, uma chave de sequência de números inteiros é necessária, seja por questões de legado ou por motivos externos, como o ID de um funcionário.CREATE TABLE Sequences (
Sequence_ID STRING(MAX) NOT NULL, -- The name of the sequence
Next_Value INT64 NOT NULL
) PRIMARY KEY (Sequence_ID)fragmentação no aplicativo e pode ser feito prefixando o ID sequencial com mais uma coluna contendo um valor uniformemente distribuído no espaço da chave (por exemplo, um hash do ID original) ou revertendo os bits do ID. E isso fica assim:
CREATE TABLE Table1 (
Hashed_Id INT64 NOT NULL,
ID INT64 NOT NULL,
-- other columns with data values follow....
) PRIMARY KEY (Hashed_Id, Id)SELECT * FROM Table1
WHERE t1.Hashed_Id = 0xDEADBEEF
AND t1.Id = 1234CREATE TABLE Table2 (
Id String(MAX), -- UUID
Table1_Hashed_Id INT64 NOT NULL,
Table1_Id INT64 NOT NULL,
-- other columns with data values follow....
) PRIMARY KEY (Id)
SELECT * from Table2 t2 INNER JOIN Table1 t1
ON t1.Hashed_Id = t2.Table1_Hashed_Id
AND t1.Id = t2.Table1_Id
WHERE ... -- some criteria
E se eu realmente precisar que um carimbo de data e hora seja a chave?
Em muitos casos, a linha que usa o carimbo de data e hora como chave também referencia outros dados da tabela. Por exemplo, as transações de uma conta bancária vão referenciar a conta de origem. Neste caso, presumindo que o número da conta de origem já esteja razoavelmente distribuído de maneira uniforme, você pode usar uma chave complexa contendo o número da conta primeiro e depois a data e a hora:
CREATE TABLE Transactions (
account_number INT64 NOT NULL,
timestamp TIMESTAMP NOT NULL,
transaction_info ...,
) PRIMARY KEY (account_number, timestamp DESC) TimestampShardId = CRC32(Timestamp) % 100 CREATE TABLE Events (
TimestampShardId INT64 NOT NULL
Timestamp TIMESTAMP NOT NULL,
event_info...
) PRIMARY KEY (TimestampShardId, Timestamp DESC)Select * from Events
WHERE
TimestampShardId BETWEEN 0 AND 99
AND Timestamp > @lower_bound
AND Timestamp < @upper_bound;
Efeitos da migração
Ao migrar de um RDBMS que usa chaves não recomendadas para o Cloud Spanner, pense no que falamos acima. Se necessário, adicione hashes de chave a tabelas ou mude a ordenação das chaves.
Escolhendo índices no Cloud Spanner
Em um RDBMS tradicional, os índices são uma ferramenta muito eficiente para procurar linhas de uma tabela por um valor que não seja a chave principal. Na maioria das circunstâncias, buscar uma linha pelo índice leva mais ou menos o mesmo tempo que buscar uma linha pela chave. Isso acontece porque a tabela e o índice são gerenciados por um único nó, então o índice pode apontar diretamente para a linha em disco da tabela.
Buscar chave do índice na seção
Ler linha do índice a partir da seção para obter a chave da tabela
Buscar chave da tabela na seção
Ler linha da tabela na seção para obter valores da linha
Retornar valores da linha
Uma coisa que é importante destacar é que não há garantia de que a seção da chave do índice esteja no mesmo nó que a seção da chave da tabela, ou seja, uma simples consulta do índice pode exigir comunicação cruzada entre nós só para ler uma linha.
Chaves de índice e pontos sobrecarregados
Como os índices são implementados como tabela no Cloud Spanner, você vai encontrar os mesmos problemas que encontrou nas chaves da tabela nas colunas indexadas: Um índice de uma coluna com valores mal distribuídos (como um carimbo de data e hora) levará à criação de um ponto sobrecarregado, mesmo que a tabela em questão esteja usando chaves bem distribuídas. Isso ocorre porque, quando se adicionam linhas à tabela, o índice recebe também novas linhas, e as gravações dessas novas linhas sempre serão enviadas à mesma seção.CREATE TABLE Events (
UserId String(MAX),
Timestamp TIMESTAMP,
EventData)
PRIMARY KEY (UserId, Timestamp DESC);
CREATE INDEX EventsByTimestamp ON Events (Timestamp DESC);TimestampShardId = CRC32(Timestamp) % 100CREATE TABLE Events (
UserId String(MAX),
Timestamp TIMESTAMP,
TimestampShardId INT64,
EventData)
PRIMARY KEY (UserId, Timestamp DESC);
CREATE INDEX EventsByTimestamp ON Events (TimestampShardId,Timestamp);Select * from Events@{FORCE_INDEX=EventsByTimestamp}
WHERE
TimestampShardId BETWEEN 0 AND 99
AND Timestamp > @lower_bound
AND Timestamp < @upper_bound;
Outros índices que valem a pena conhecer
Quando migrar para o Cloud Spanner, é uma boa ideia entender como estes outros tipos de índice funcionam e em que situações você pode precisar usá-los:
Índices NULL_FILTERED
Por padrão, o Cloud Spanner indexa linhas usando valores NULL da coluna indexada. Um NULL é considerado o menor valor possível, por isso eles aparecerão no início do índice.CREATE NULL_FILTERED INDEX , que vai criar um índice que ignora linhas com valores NULL na coluna indexada.
Índices UNIQUE
Você pode usar um índice UNIQUE para determinar que uma coluna da tabela tenha valores únicos. Essa condição é aplicada no momento da realização da transação.
Índices de cobertura e a cláusula STORING
Para otimizar o desempenho de leitura de índices, o Cloud Spanner pode armazenar os valores da coluna da linha da tabela no próprio índice, removendo a necessidade de ler a tabela. Isso é conhecido como índice de cobertura. Para fazer um índice de cobertura, é preciso usar a cláusula STORING na hora de defini-lo. Dessa forma, os valores da coluna podem ser lidos diretamente no índice e, com isso, ler no índice passa a apresentar o mesmo desempenho que ler na tabela. Por exemplo, a tabela abaixo contém dados de funcionários:
CREATE TABLE Employees (
CompanyUUID INT64,
EmployeeUUID INT64,
FullName STRING(MAX)
...
) PRIMARY KEY (CompanyUUID,EmployeeUUID)CREATE INDEX EmployeesById
ON Employees (EmployeeUUID)
STORING (FullName);
Forçando o uso do índice
O mecanismo de consulta do Cloud Spanner só usa índices automaticamente em raras circunstâncias (quando é uma consulta totalmente coberta pelo índice), por isso é importante usar uma diretriz FORCE_INDEX na declaração SQL SELECT para garantir que o Cloud Spanner busque valores a partir do índice (leia mais sobre o assunto na documentação ).
Select *
from Employees@{FORCE_INDEX=EmployeesById}
Where EmployeeUUID=xxx;
Continuando com a educação do Cloud Spanner
Existem grandes diferenças conceituais quando se um banco de dados baseado em nuvem e horizontalmente escalonável, como o Cloud Spanner, em vez do RDBMS que você usa há anos. Quando se acostumar com o funcionamento das chaves e dos índices, você vai poder começar a aproveitar os benefícios do Cloud Spanner para escalonar mais rápido.nesta seção , na Next 2018, em julho. Para saber mais e se inscrever, acesse o site da Next 18 .
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7 comentários :
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