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C++ で Spanner を使ってみる

目標

このチュートリアルでは、C++ 用の Spanner クライアントライブラリを使用する以下の手順について説明します。

Spanner のインスタンスとデータベースを作成します。
データベースのデータに対し、書き込み、読み取り、SQL クエリの実行を行います。
データベーススキーマを更新します。
読み取り / 書き込みトランザクションを使用してデータを更新します。
セカンダリインデックスをデータベースに追加します。
インデックスを使用して、データの読み込みと SQL クエリの実行を行います。
読み取り専用トランザクションを使用してデータを取得します。

費用

このチュートリアルで使用する Spanner は、Google Cloud の有料コンポーネントです。Spanner を使用する際の料金については、料金をご覧ください。

始める前に

設定に示されている手順を完了します。この手順では、デフォルトの Google Cloud プロジェクトの作成と設定、課金の有効化、Cloud Spanner API の有効化、Cloud Spanner API の使用に必要な認証情報を取得するための OAuth 2.0 の設定について説明しています。

特に、ローカルの開発環境に認証情報を設定するために、必ず gcloud auth application-default login を実行してください。

ローカルの C++ 環境を準備する

ローカルマシンにサンプルアプリのレポジトリのクローンを作成します。
```
git clone https://github.com/googleapis/google-cloud-cpp $HOME/google-cloud-cpp
```
こちらの手順に沿って Bazel for Linux をインストールします。
Spanner のサンプルコードが含まれるディレクトリに移動します。
```
cd $HOME/google-cloud-cpp
```
次のコマンドを使用してサンプルをビルドします。
```
bazel build //google/cloud/spanner/samples:samples
```
google-cloud-cpp プロジェクトの認証と承認を設定します。
```
gcloud auth application-default login
```
GCLOUD_PROJECT という環境変数を作成します。[MY_PROJECT_ID] は、実際の Google Cloud プロジェクト ID に置き換えます。この ID は、プロジェクトの [ようこそ] ページで確認できます。
```
export GCLOUD_PROJECT=[MY_PROJECT_ID]
```

インスタンスを作成する

Spanner を最初に使用する場合は、インスタンスを作成する必要があります。インスタンスとは、Spanner データベースによって使用されるリソースの割り当てのことです。インスタンスを作成するときは、インスタンス構成を選択してデータの格納場所を指定し、さらに使用するノード数も選択して、インスタンスの配信リソースおよびストレージリソースの量を決定します。

次のコマンドを実行して、1 ノードの us-central1 リージョンに Spanner インスタンスを作成します。

gcloud spanner instances create test-instance --config=regional-us-central1 \
    --description="Test Instance" --nodes=1

これにより、次の特性を持つインスタンスが作成されます。

インスタンス ID test-instance
表示名 Test Instance
インスタンス構成 regional-us-central1（リージョン構成ではデータが単一のリージョンに保存され、マルチリージョン構成ではデータが複数のリージョンに分散されます。詳しくは、インスタンスについてをご覧ください）。
ノード数 1（node_count はインスタンスのデータベースで使用可能な配信リソースとストレージリソースの量に対応します。詳しくは、ノードと処理ユニットをご覧ください）。

以下のように表示されます。

Creating instance...done.

サンプルファイルの確認

サンプルリポジトリには、C++ で Spanner を使用する方法を示すサンプルが含まれています。

google/cloud/spanner/samples/samples.cc ファイルを見ると、データベースの作成方法とデータベーススキーマの変更方法を確認できます。データで使用されているスキーマ例の詳細は、スキーマとデータモデルのページをご覧ください。

データベースを作成する

GoogleSQL

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
      create-database $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

PostgreSQL

bazel run //google/cloud/spanner/samples:postgresql_samples -- \
      create-database $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

bazel run //google/cloud/spanner/samples:postgresql_samples -- \
      interleaved-table $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

以下のように表示されます。

Created database [projects/${GCLOUD_PROJECT}/instances/test-instance/databases/example-db]

次のコードでは、データベースとデータベース内の 2 つのテーブルを作成します。

GoogleSQL

void CreateDatabase(google::cloud::spanner_admin::DatabaseAdminClient client,
                    std::string const& project_id,
                    std::string const& instance_id,
                    std::string const& database_id) {
  google::cloud::spanner::Database database(project_id, instance_id,
                                            database_id);
  google::spanner::admin::database::v1::CreateDatabaseRequest request;
  request.set_parent(database.instance().FullName());
  request.set_create_statement("CREATE DATABASE `" + database.database_id() +
                               "`");
  request.add_extra_statements(R"""(
      CREATE TABLE Singers (
          SingerId   INT64 NOT NULL,
          FirstName  STRING(1024),
          LastName   STRING(1024),
          SingerInfo BYTES(MAX),
          FullName   STRING(2049)
              AS (ARRAY_TO_STRING([FirstName, LastName], " ")) STORED
      ) PRIMARY KEY (SingerId))""");
  request.add_extra_statements(R"""(
      CREATE TABLE Albums (
          SingerId     INT64 NOT NULL,
          AlbumId      INT64 NOT NULL,
          AlbumTitle   STRING(MAX)
      ) PRIMARY KEY (SingerId, AlbumId),
          INTERLEAVE IN PARENT Singers ON DELETE CASCADE)""");
  auto db = client.CreateDatabase(request).get();
  if (!db) throw std::move(db).status();
  std::cout << "Database " << db->name() << " created.\n";
}

PostgreSQL

PostgreSQL 言語では、テーブルを作成するための DDL リクエストを送信する前に、データベースを作成する必要があります。

次の例では、データベースを作成します。

void CreateDatabase(google::cloud::spanner_admin::DatabaseAdminClient client,
                    google::cloud::spanner::Database const& database) {
  google::spanner::admin::database::v1::CreateDatabaseRequest request;
  request.set_parent(database.instance().FullName());
  request.set_create_statement("CREATE DATABASE \"" + database.database_id() +
                               "\"");
  request.set_database_dialect(
      google::spanner::admin::database::v1::DatabaseDialect::POSTGRESQL);
  auto db = client.CreateDatabase(request).get();
  if (!db) throw std::move(db).status();
  std::cout << "Database " << db->name() << " created.\n";
}

次の例では、データベースに 2 つのテーブルを作成します。

void InterleavedTable(google::cloud::spanner_admin::DatabaseAdminClient client,
                      google::cloud::spanner::Database const& database) {
  // The Spanner PostgreSQL dialect extends the PostgreSQL dialect with
  // certain Spanner specific features, such as interleaved tables. See
  // https://cloud.google.com/spanner/docs/postgresql/data-definition-language#create_table
  // for the full CREATE TABLE syntax.
  std::vector<std::string> statements = {
      R"""(
        CREATE TABLE Singers (
            SingerId        BIGINT NOT NULL,
            FirstName       CHARACTER VARYING(1024) NOT NULL,
            LastName        CHARACTER VARYING(1024) NOT NULL,
            PRIMARY KEY(SingerId)
        )
      )""",
      R"""(
        CREATE TABLE Albums (
            SingerId        BIGINT NOT NULL,
            AlbumId         BIGINT NOT NULL,
            AlbumTitle      CHARACTER VARYING NOT NULL,
            MarketingBudget BIGINT,
            PRIMARY KEY(SingerId, AlbumId)
        ) INTERLEAVE IN PARENT Singers ON DELETE CASCADE
      )""",
  };
  auto metadata =
      client.UpdateDatabaseDdl(database.FullName(), statements).get();
  google::cloud::spanner_testing::LogUpdateDatabaseDdl(  //! TODO(#4758)
      client, database, metadata.status());              //! TODO(#4758)
  if (!metadata) throw std::move(metadata).status();
  std::cout << "Tables created.\nNew DDL:\n" << metadata->DebugString();
}

次のステップでは、データベースにデータを書き込みます。

データベースクライアントの作成

読み取りまたは書き込みを行うには、その前に Client を作成する必要があります。

auto database = spanner::Database(project_id, instance_id, database_id);
auto connection = spanner::MakeConnection(database);
auto client = spanner::Client(connection);

Client を使用すると、Spanner データベースでのトランザクションの読み取り、書き込み、クエリ、実行が可能になります。通常はアプリケーション開始時に Client を作成し、読み取り、書き込み、トランザクションの実行に Client を再利用します。それぞれのクライアントが、Spanner のリソースを使用します。Client のデストラクタは、自動的に Client リソース（ネットワーク接続など）をクリーンアップします。

Client について詳しくは、Google Cloud Spanner C++ リファレンスをご覧ください。

DML でのデータの書き込み

読み取り / 書き込みトランザクションでデータ操作言語（DML）を使用してデータを挿入できます。

Client::ExecuteDml() 関数を使用して DML ステートメントを実行します。

void DmlGettingStartedInsert(google::cloud::spanner::Client client) {
  using ::google::cloud::StatusOr;
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  auto commit_result = client.Commit(
      [&client](spanner::Transaction txn) -> StatusOr<spanner::Mutations> {
        auto insert = client.ExecuteDml(
            std::move(txn),
            spanner::SqlStatement(
                "INSERT INTO Singers (SingerId, FirstName, LastName) VALUES"
                " (12, 'Melissa', 'Garcia'),"
                " (13, 'Russell', 'Morales'),"
                " (14, 'Jacqueline', 'Long'),"
                " (15, 'Dylan', 'Shaw')"));
        if (!insert) return std::move(insert).status();
        return spanner::Mutations{};
      });
  if (!commit_result) throw std::move(commit_result).status();
  std::cout << "Insert was successful [spanner_dml_getting_started_insert]\n";
}

getting-started-insert 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    getting-started-insert $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のように表示されます。

Insert was successful [spanner_dml_getting_started_insert]

ミューテーションを使用してデータを書き込む

ミューテーションを使ってデータを挿入することもできます。

データの書き込みには Client オブジェクトを使用します。Client::Commit() 関数は、データベース内の列、行、テーブルにまたがる時点の単一の論理ポイントでアトミックに実行される書き込みトランザクションを作成し、commit します。

次のコードは、ミューテーションを使用してデータを書き込む方法を示しています。

void InsertData(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;
  auto insert_singers = spanner::InsertMutationBuilder(
                            "Singers", {"SingerId", "FirstName", "LastName"})
                            .EmplaceRow(1, "Marc", "Richards")
                            .EmplaceRow(2, "Catalina", "Smith")
                            .EmplaceRow(3, "Alice", "Trentor")
                            .EmplaceRow(4, "Lea", "Martin")
                            .EmplaceRow(5, "David", "Lomond")
                            .Build();

  auto insert_albums = spanner::InsertMutationBuilder(
                           "Albums", {"SingerId", "AlbumId", "AlbumTitle"})
                           .EmplaceRow(1, 1, "Total Junk")
                           .EmplaceRow(1, 2, "Go, Go, Go")
                           .EmplaceRow(2, 1, "Green")
                           .EmplaceRow(2, 2, "Forever Hold Your Peace")
                           .EmplaceRow(2, 3, "Terrified")
                           .Build();

  auto commit_result =
      client.Commit(spanner::Mutations{insert_singers, insert_albums});
  if (!commit_result) throw std::move(commit_result).status();
  std::cout << "Insert was successful [spanner_insert_data]\n";
}

insert-data 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    insert-data $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のように表示されます。

Insert was successful [spanner_insert_data]

SQL を使用したデータのクエリ

Spanner では、データの読み取り用に SQL インターフェースがサポートされています。このインターフェースにアクセスするには、コマンドラインで Google Cloud CLI を使用するか、プログラムで C# 用の Spanner クライアントライブラリを使用します。

コマンドラインから

Albums テーブルのすべての列から値を読み取るには、次の SQL ステートメントを実行します。

gcloud spanner databases execute-sql example-db --instance=test-instance \
    --sql='SELECT SingerId, AlbumId, AlbumTitle FROM Albums'

結果は次のようになります。

SingerId AlbumId AlbumTitle
1        1       Total Junk
1        2       Go, Go, Go
2        1       Green
2        2       Forever Hold Your Peace
2        3       Terrified

C++ 用の Spanner クライアントライブラリを使用する

コマンドラインで SQL ステートメントを実行するだけでなく、プログラムから C++ 用 Spanner クライアントライブラリを使用して同じ SQL ステートメントを発行することもできます。

Client::ExecuteQuery() 関数を使用して SQL クエリを実行します。クエリを発行してデータにアクセスする方法を次に示します。

void QueryData(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  spanner::SqlStatement select("SELECT SingerId, LastName FROM Singers");
  using RowType = std::tuple<std::int64_t, std::string>;
  auto rows = client.ExecuteQuery(std::move(select));
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "SingerId: " << std::get<0>(*row) << "\t";
    std::cout << "LastName: " << std::get<1>(*row) << "\n";
  }

  std::cout << "Query completed for [spanner_query_data]\n";
}

query_data 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    query-data $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のような結果が表示されます。

SingerId: 1     LastName: Richards
SingerId: 2     LastName: Smith
SingerId: 3     LastName: Trentor
SingerId: 4     LastName: Martin
SingerId: 5     LastName: Lomond
SingerId: 12    LastName: Garcia
SingerId: 13    LastName: Morales
SingerId: 14    LastName: Long
SingerId: 15    LastName: Shaw

SQL パラメータを使用したクエリ

アプリケーションに頻繁に実行されるクエリがある場合は、対象のクエリをパラメータ化してパフォーマンスを改善できます。パラメータクエリをキャッシュに保存して再利用できます。これにより、コンパイルのコストを削減できます。詳細については、クエリパラメータを使用して、頻繁に実行するクエリを高速化するをご覧ください。

ここでは、WHERE 句のパラメータを使用して、LastName の特定の値を含むレコードをクエリします。

void QueryWithParameter(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  spanner::SqlStatement select(
      "SELECT SingerId, FirstName, LastName FROM Singers"
      " WHERE LastName = @last_name",
      {{"last_name", spanner::Value("Garcia")}});
  using RowType = std::tuple<std::int64_t, std::string, std::string>;
  auto rows = client.ExecuteQuery(std::move(select));
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "SingerId: " << std::get<0>(*row) << "\t";
    std::cout << "FirstName: " << std::get<1>(*row) << "\t";
    std::cout << "LastName: " << std::get<2>(*row) << "\n";
  }

  std::cout << "Query completed for [spanner_query_with_parameter]\n";
}

query-with-parameter コマンドを使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    query-with-parameter $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のような結果が表示されます。

SingerId: 12    FirstName: Melissa      LastName: Garcia

読み取り API を使用したデータの読み込み

Spanner の SQL インターフェースに加えて、Spanner では読み取りインターフェースもサポートしています。

データベースから行を読み取るには、Client::Read() 関数を使用します。読み取るキーとキー範囲のコレクションを定義するには、KeySet オブジェクトを使用します。

データを読み取る方法を次に示します。

void ReadData(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  auto rows = client.Read("Albums", google::cloud::spanner::KeySet::All(),
                          {"SingerId", "AlbumId", "AlbumTitle"});
  using RowType = std::tuple<std::int64_t, std::int64_t, std::string>;
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "SingerId: " << std::get<0>(*row) << "\t";
    std::cout << "AlbumId: " << std::get<1>(*row) << "\t";
    std::cout << "AlbumTitle: " << std::get<2>(*row) << "\n";
  }

  std::cout << "Read completed for [spanner_read_data]\n";
}

read-data 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    read-data $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のような出力が表示されます。

SingerId: 1, AlbumId: 1, AlbumTitle: Total Junk
SingerId: 1, AlbumId: 2, AlbumTitle: Go, Go, Go
SingerId: 2, AlbumId: 1, AlbumTitle: Green
SingerId: 2, AlbumId: 2, AlbumTitle: Forever Hold Your Peace
SingerId: 2, AlbumId: 3, AlbumTitle: Terrified

データベーススキーマの更新

MarketingBudget という列を新たに Albums テーブルに追加する必要があるとします。既存のテーブルに新しい列を追加するには、データベーススキーマの更新が必要です。Spanner は、データベースがトラフィックの処理を継続している間にデータベースのスキーマを更新することをサポートしています。スキーマの更新では、データベースをオフラインにする必要がなく、テーブル全体または列全体をロックすることもありません。スキーマの更新中もデータベースへのデータの書き込みを続けることができます。サポートされるスキーマの更新とスキーマ変更のパフォーマンスの詳細については、スキーマの更新をご覧ください。

列の追加

列を追加するには、コマンドラインで Google Cloud CLI を使用するか、プログラムから C# 用 Spanner クライアントライブラリを使用します。

コマンドラインから

テーブルに新しい列を追加するには、次の ALTER TABLE コマンドを使用します。

GoogleSQL

gcloud spanner databases ddl update example-db --instance=test-instance \
    --ddl='ALTER TABLE Albums ADD COLUMN MarketingBudget INT64'

PostgreSQL

gcloud spanner databases ddl update example-db --instance=test-instance \
    --ddl='ALTER TABLE Albums ADD COLUMN MarketingBudget BIGINT'

次のように表示されます。

Schema updating...done.

C++ 用の Spanner クライアントライブラリを使用する

DatabaseAdminClient::UpdateDatabase() 関数を使用してスキーマを変更します。

void AddColumn(google::cloud::spanner_admin::DatabaseAdminClient client,
               std::string const& project_id, std::string const& instance_id,
               std::string const& database_id) {
  google::cloud::spanner::Database database(project_id, instance_id,
                                            database_id);
  auto metadata =
      client
          .UpdateDatabaseDdl(
              database.FullName(),
              {"ALTER TABLE Albums ADD COLUMN MarketingBudget INT64"})
          .get();
  if (!metadata) throw std::move(metadata).status();
  std::cout << "Added MarketingBudget column\n";
}

add-column コマンドを使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    add-column $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

以下のように表示されます。

Added MarketingBudget column

新しい列へのデータの書き込み

次のコードは、新しい列にデータを書き込みます。MarketingBudget の値を、キーが Albums(1, 1) の行は 100000 に、キーが Albums(2, 2) の行は 500000 に設定します。

void UpdateData(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;
  auto commit_result = client.Commit(spanner::Mutations{
      spanner::UpdateMutationBuilder("Albums",
                                     {"SingerId", "AlbumId", "MarketingBudget"})
          .EmplaceRow(1, 1, 100000)
          .EmplaceRow(2, 2, 500000)
          .Build()});
  if (!commit_result) throw std::move(commit_result).status();
  std::cout << "Update was successful [spanner_update_data]\n";
}

update-data 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    update-data $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

SQL クエリまたは読み取り呼び出しを実行して、書き込んだばかりの値を取得することもできます。

クエリを実行するコードを次に示します。

void QueryNewColumn(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  spanner::SqlStatement select(
      "SELECT SingerId, AlbumId, MarketingBudget FROM Albums");
  using RowType =
      std::tuple<std::int64_t, std::int64_t, absl::optional<std::int64_t>>;

  auto rows = client.ExecuteQuery(std::move(select));
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "SingerId: " << std::get<0>(*row) << "\t";
    std::cout << "AlbumId: " << std::get<1>(*row) << "\t";
    auto marketing_budget = std::get<2>(*row);
    if (marketing_budget) {
      std::cout << "MarketingBudget: " << *marketing_budget << "\n";
    } else {
      std::cout << "MarketingBudget: NULL\n";
    }
  }
  std::cout << "Read completed for [spanner_read_data_with_new_column]\n";
}

このクエリを実行するには、query-new-column 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    query-new-column $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

以下のように表示されます。

SingerId: 1 AlbumId: 1  MarketingBudget: 100000
SingerId: 1 AlbumId: 2  MarketingBudget: NULL
SingerId: 2 AlbumId: 1  MarketingBudget: NULL
SingerId: 2 AlbumId: 2  MarketingBudget: 500000
SingerId: 2 AlbumId: 3  MarketingBudget: NULL

データの更新

読み取り / 書き込みトランザクションで DML を使用してデータを更新できます。

Client::ExecuteDml() 関数を使用して DML ステートメントを実行します。

void DmlGettingStartedUpdate(google::cloud::spanner::Client client) {
  using ::google::cloud::StatusOr;
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  // A helper to read the budget for the given album and singer.
  auto get_budget = [&](spanner::Transaction txn, std::int64_t album_id,
                        std::int64_t singer_id) -> StatusOr<std::int64_t> {
    auto key = spanner::KeySet().AddKey(spanner::MakeKey(album_id, singer_id));
    auto rows = client.Read(std::move(txn), "Albums", key, {"MarketingBudget"});
    using RowType = std::tuple<absl::optional<std::int64_t>>;
    auto row = spanner::GetSingularRow(spanner::StreamOf<RowType>(rows));
    if (!row) return std::move(row).status();
    auto const budget = std::get<0>(*row);
    return budget ? *budget : 0;
  };

  // A helper to update the budget for the given album and singer.
  auto update_budget = [&](spanner::Transaction txn, std::int64_t album_id,
                           std::int64_t singer_id, std::int64_t budget) {
    auto sql = spanner::SqlStatement(
        "UPDATE Albums SET MarketingBudget = @AlbumBudget"
        "  WHERE SingerId = @SingerId AND AlbumId = @AlbumId",
        {{"AlbumBudget", spanner::Value(budget)},
         {"AlbumId", spanner::Value(album_id)},
         {"SingerId", spanner::Value(singer_id)}});
    return client.ExecuteDml(std::move(txn), std::move(sql));
  };

  auto const transfer_amount = 20000;
  auto commit_result = client.Commit(
      [&](spanner::Transaction const& txn) -> StatusOr<spanner::Mutations> {
        auto budget1 = get_budget(txn, 1, 1);
        if (!budget1) return std::move(budget1).status();
        if (*budget1 < transfer_amount) {
          return google::cloud::Status(
              google::cloud::StatusCode::kUnknown,
              "cannot transfer " + std::to_string(transfer_amount) +
                  " from budget of " + std::to_string(*budget1));
        }
        auto budget2 = get_budget(txn, 2, 2);
        if (!budget2) return std::move(budget2).status();
        auto update = update_budget(txn, 1, 1, *budget1 - transfer_amount);
        if (!update) return std::move(update).status();
        update = update_budget(txn, 2, 2, *budget2 + transfer_amount);
        if (!update) return std::move(update).status();
        return spanner::Mutations{};
      });
  if (!commit_result) throw std::move(commit_result).status();
  std::cout << "Update was successful [spanner_dml_getting_started_update]\n";
}

getting-started-update 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    getting-started-update $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のように表示されます。

Update was successful [spanner_dml_getting_started_update]

セカンダリインデックスの使用

Albums から AlbumTitle の値が特定の範囲内にある行すべてを取得すると仮定します。SQL ステートメントまたは読み取り呼び出しを使用して AlbumTitle 列からすべての値を読み取り、基準を満たしていない行を破棄することもできますが、このようなテーブル全体のスキャンは割高です（特に、行数が多いテーブルの場合）。代わりに、テーブルにセカンダリインデックスを作成することにより、主キー以外の列を検索するときの行の取得速度を上げることができます。

既存のテーブルにセカンダリインデックスを追加するには、スキーマの更新が必要です。他のスキーマの更新と同様に、Spanner ではデータベースがトラフィックの処理を継続している間にインデックスを追加できます。Spanner では、インデックスに既存のデータが自動的にバックフィルされます。バックフィルには数分かかることがありますが、このプロセスの間に、データベースをオフラインにしたり、インデックス化対象のテーブルへの書き込みを控えたりする必要はありません。詳しくは、セカンダリインデックスを追加するをご覧ください。

セカンダリインデックスを追加すると、インデックス効果で実行速度が上がりそうな SQL クエリに対して Spanner ではそのセカンダリインデックスが自動的に使用されるようになります。読み取りインターフェースを使用する場合は、使用するインデックスを指定する必要があります。

セカンダリインデックスの追加

コマンドラインでインデックスを追加するには、gcloud CLI を使用するか、C# 用 Spanner クライアントライブラリを使用してプログラムによって行います。

コマンドラインから

データベースにインデックスを追加するには、次の CREATE INDEX コマンドを使用します。

gcloud spanner databases ddl update example-db --instance=test-instance \
    --ddl='CREATE INDEX AlbumsByAlbumTitle ON Albums(AlbumTitle)'

以下のように表示されます。

Schema updating...done.

C++ 用 Spanner クライアントライブラリの使用

DatabaseAdminClient::UpdateDatabase() 関数を使用してインデックスを追加します。

void AddIndex(google::cloud::spanner_admin::DatabaseAdminClient client,
              std::string const& project_id, std::string const& instance_id,
              std::string const& database_id) {
  google::cloud::spanner::Database database(project_id, instance_id,
                                            database_id);
  auto metadata =
      client
          .UpdateDatabaseDdl(
              database.FullName(),
              {"CREATE INDEX AlbumsByAlbumTitle ON Albums(AlbumTitle)"})
          .get();
  if (!metadata) throw std::move(metadata).status();
  std::cout << "`AlbumsByAlbumTitle` Index successfully added, new DDL:\n"
            << metadata->DebugString();
}

add-index 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    add-index $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

インデックスの追加には数分かかる場合があります。インデックスが追加されると、次のような出力が表示されます。

`AlbumsByAlbumTitle` Index successfully added, new DDL:
database: "projects/$GCLOUD_PROJECT/instances/test-instance/databases/example-db"
statements: "CREATE INDEX AlbumsByAlbumTitle ON Albums(AlbumTitle)"
commit_timestamps {
  seconds: 1581011550
  nanos: 531102000
}

インデックスを使用して読み取りを行う

SQL クエリの場合は、Spanner により適切なインデックスが自動的に使用されます。読み取りインターフェースでは、リクエストでインデックスを指定する必要があります。

読み取りインターフェースでインデックスを使用するには、Client::Read() 関数を使用し、インデックスを指定してデータベースから 0 行以上の値を読み取ります。

次のコードでは、インデックス AlbumsByAlbumTitle から AlbumId および AlbumTitle 列をすべて取得しています。

void ReadDataWithIndex(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  auto rows =
      client.Read("Albums", google::cloud::spanner::KeySet::All(),
                  {"AlbumId", "AlbumTitle"},
                  google::cloud::Options{}.set<spanner::ReadIndexNameOption>(
                      "AlbumsByAlbumTitle"));
  using RowType = std::tuple<std::int64_t, std::string>;
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "AlbumId: " << std::get<0>(*row) << "\t";
    std::cout << "AlbumTitle: " << std::get<1>(*row) << "\n";
  }
  std::cout << "Read completed for [spanner_read_data_with_index]\n";
}

read-data-with-index 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    read-data-with-index $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

以下のように表示されます。

AlbumId: 2  AlbumTitle: Forever Hold Your Peace
AlbumId: 2  AlbumTitle: Go, Go, Go
AlbumId: 1  AlbumTitle: Green
AlbumId: 3  AlbumTitle: Terrified
AlbumId: 1  AlbumTitle: Total Junk

インデックス限定読み取り用のインデックスを追加する

上記の読み取り例には、MarketingBudget 列の読み取りが含まれていませんでした。これは、Spanner の読み取りインターフェースが、インデックスとデータテーブルを結合してインデックスに格納されていない値を検索する機能をサポートしていないためです。

MarketingBudget のコピーをインデックスに格納する AlbumsByAlbumTitle の代替定義を作成します。

コマンドラインから

GoogleSQL

gcloud spanner databases ddl update example-db --instance=test-instance \
    --ddl='CREATE INDEX AlbumsByAlbumTitle2 ON Albums(AlbumTitle) STORING (MarketingBudget)

PostgreSQL

gcloud spanner databases ddl update example-db --instance=test-instance \
    --ddl='CREATE INDEX AlbumsByAlbumTitle2 ON Albums(AlbumTitle) INCLUDE (MarketingBudget)

インデックスの追加には数分かかる場合があります。インデックスが追加されると、次のように表示されます。

Schema updating...done.

C++ 用 Spanner クライアントライブラリの使用

DatabaseAdminClient::UpdateDatabase() 関数を使用し、STORING 句を指定してインデックスを追加します。

void AddStoringIndex(google::cloud::spanner_admin::DatabaseAdminClient client,
                     std::string const& project_id,
                     std::string const& instance_id,
                     std::string const& database_id) {
  google::cloud::spanner::Database database(project_id, instance_id,
                                            database_id);
  auto metadata = client
                      .UpdateDatabaseDdl(database.FullName(), {R"""(
                        CREATE INDEX AlbumsByAlbumTitle2 ON Albums(AlbumTitle)
                            STORING (MarketingBudget))"""})
                      .get();
  if (!metadata) throw std::move(metadata).status();
  std::cout << "`AlbumsByAlbumTitle2` Index successfully added, new DDL:\n"
            << metadata->DebugString();
}

add-storing-index 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    add-storing-index $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のような出力が表示されます。

`AlbumsByAlbumTitle2` Index successfully added, new DDL:
database: "projects/$GCLOUD_PROJECT/instances/test-instance/databases/example-db"
statements: "CREATE INDEX AlbumsByAlbumTitle2 ON Albums(AlbumTitle) STORING (MarketingBudget)"
commit_timestamps {
  seconds: 1581012328
  nanos: 416682000
}

これで、インデックス AlbumsByAlbumTitle2 から AlbumId、AlbumTitle、MarketingBudget 列をすべて取得する読み取りを実行できるようになりました。

作成した Storing インデックスを使用してデータを読み取るには、インデックスを明示的に指定するクエリを実行します。

void ReadDataWithStoringIndex(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;

  auto rows =
      client.Read("Albums", google::cloud::spanner::KeySet::All(),
                  {"AlbumId", "AlbumTitle", "MarketingBudget"},
                  google::cloud::Options{}.set<spanner::ReadIndexNameOption>(
                      "AlbumsByAlbumTitle2"));
  using RowType =
      std::tuple<std::int64_t, std::string, absl::optional<std::int64_t>>;
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "AlbumId: " << std::get<0>(*row) << "\t";
    std::cout << "AlbumTitle: " << std::get<1>(*row) << "\t";
    auto marketing_budget = std::get<2>(*row);
    if (marketing_budget) {
      std::cout << "MarketingBudget: " << *marketing_budget << "\n";
    } else {
      std::cout << "MarketingBudget: NULL\n";
    }
  }
  std::cout << "Read completed for [spanner_read_data_with_storing_index]\n";
}

read-data-with-storing-index 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    read-data-with-storing-index $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のような出力が表示されます。

AlbumId: 2  AlbumTitle: Forever Hold Your Peace MarketingBudget: 520000
AlbumId: 2  AlbumTitle: Go, Go, Go  MarketingBudget: NULL
AlbumId: 1  AlbumTitle: Green   MarketingBudget: NULL
AlbumId: 3  AlbumTitle: Terrified   MarketingBudget: NULL
AlbumId: 1  AlbumTitle: Total Junk  MarketingBudget: 80000

読み取り専用トランザクションを使用したデータの取得

同じタイムスタンプで複数の読み取りを実行する場合について考えます。読み取り専用トランザクションは、トランザクションの commit 履歴で整合性のあるプレフィックスを監視しているため、アプリケーションは常に整合性のあるデータを取得できます。 Transaction タイプは、すべての種類のトランザクションを表すために使用されます。 MakeReadOnlyTransaction() ファクトリ関数を使用して、読み取り専用トランザクションを作成します。

同じ読み取り専用トランザクションでクエリと読み取りを実行する方法を次に示します。

void ReadOnlyTransaction(google::cloud::spanner::Client client) {
  namespace spanner = ::google::cloud::spanner;
  auto read_only = spanner::MakeReadOnlyTransaction();

  spanner::SqlStatement select(
      "SELECT SingerId, AlbumId, AlbumTitle FROM Albums");
  using RowType = std::tuple<std::int64_t, std::int64_t, std::string>;

  // Read#1.
  auto rows1 = client.ExecuteQuery(read_only, select);
  std::cout << "Read 1 results\n";
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows1)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "SingerId: " << std::get<0>(*row)
              << " AlbumId: " << std::get<1>(*row)
              << " AlbumTitle: " << std::get<2>(*row) << "\n";
  }
  // Read#2. Even if changes occur in-between the reads the transaction ensures
  // that Read #1 and Read #2 return the same data.
  auto rows2 = client.ExecuteQuery(read_only, select);
  std::cout << "Read 2 results\n";
  for (auto& row : spanner::StreamOf<RowType>(rows2)) {
    if (!row) throw std::move(row).status();
    std::cout << "SingerId: " << std::get<0>(*row)
              << " AlbumId: " << std::get<1>(*row)
              << " AlbumTitle: " << std::get<2>(*row) << "\n";
  }
}

read-only-transaction 引数を使用してサンプルを実行します。

bazel run //google/cloud/spanner/samples:samples -- \
    read-only-transaction $GCLOUD_PROJECT test-instance example-db

次のような出力が表示されます。

Read 1 results
SingerId: 2 AlbumId: 2 AlbumTitle: Forever Hold Your Peace
SingerId: 1 AlbumId: 2 AlbumTitle: Go, Go, Go
SingerId: 2 AlbumId: 1 AlbumTitle: Green
SingerId: 2 AlbumId: 3 AlbumTitle: Terrified
SingerId: 1 AlbumId: 1 AlbumTitle: Total Junk
Read 2 results
SingerId: 2 AlbumId: 2 AlbumTitle: Forever Hold Your Peace
SingerId: 1 AlbumId: 2 AlbumTitle: Go, Go, Go
SingerId: 2 AlbumId: 1 AlbumTitle: Green
SingerId: 2 AlbumId: 3 AlbumTitle: Terrified
SingerId: 1 AlbumId: 1 AlbumTitle: Total Junk

クリーンアップ

このチュートリアルで使用したリソースについて Cloud 請求先アカウントに課金されないようにするため、作成したデータベースとインスタンスを削除します。

データベースの削除

インスタンスを削除すると、それに含まれるすべてのデータベースが自動的に削除されます。このステップでは、インスタンスを削除しないでデータベースを削除する方法を示します（インスタンスの料金は引き続き発生します）。

コマンドラインから

gcloud spanner databases delete example-db --instance=test-instance

Google Cloud コンソールの使用

Google Cloud コンソールで、[Spanner インスタンス] ページに移動します。

インスタンスページに移動
インスタンスをクリックします。
削除するデータベースをクリックします。
[データベースの詳細] ページで [削除] をクリックします。
データベースを削除することを確認し、[削除] をクリックします。

インスタンスを削除する

インスタンスを削除すると、そのインスタンスで作成されたすべてのデータベースが自動的に削除されます。

コマンドラインから

gcloud spanner instances delete test-instance

Google Cloud コンソールの使用

Google Cloud コンソールで、[Spanner インスタンス] ページに移動します。

インスタンスページに移動
インスタンスをクリックします。
[削除] をクリックします。
インスタンスを削除することを確認し、[削除] をクリックします。

次のステップ

仮想マシンインスタンスで Spanner にアクセスする方法を確認する。
クライアントライブラリを使用して Cloud サービスに対する認証を行うで、承認と認証情報について学習する。
Spanner のスキーマ設計のベストプラクティスを確認する。

C++ で Spanner を使ってみる

目標

費用

始める前に

ローカルの C++ 環境を準備する

インスタンスを作成する

サンプル ファイルの確認

データベースを作成する

GoogleSQL

PostgreSQL

GoogleSQL

PostgreSQL

データベース クライアントの作成

DML でのデータの書き込み

ミューテーションを使用してデータを書き込む

SQL を使用したデータのクエリ

コマンドラインから

C++ 用の Spanner クライアント ライブラリを使用する

SQL パラメータを使用したクエリ

読み取り API を使用したデータの読み込み

データベース スキーマの更新

列の追加

コマンドラインから

GoogleSQL

PostgreSQL

C++ 用の Spanner クライアント ライブラリを使用する

新しい列へのデータの書き込み

データの更新

セカンダリ インデックスの使用

セカンダリ インデックスの追加

コマンドラインから

C++ 用 Spanner クライアント ライブラリの使用

インデックスを使用して読み取りを行う

インデックス限定読み取り用のインデックスを追加する

コマンドラインから

GoogleSQL

PostgreSQL

C++ 用 Spanner クライアント ライブラリの使用

読み取り専用トランザクションを使用したデータの取得

クリーンアップ

データベースの削除

コマンドラインから

Google Cloud コンソールの使用

インスタンスを削除する

コマンドラインから

Google Cloud コンソールの使用

次のステップ

サンプルファイルの確認

データベースクライアントの作成

C++ 用の Spanner クライアントライブラリを使用する

データベーススキーマの更新

C++ 用の Spanner クライアントライブラリを使用する

セカンダリインデックスの使用

セカンダリインデックスの追加

C++ 用 Spanner クライアントライブラリの使用

C++ 用 Spanner クライアントライブラリの使用