En esta página, se analizan los esquemas y se presentan tablas intercaladas, que pueden mejorar el rendimiento de las consultas cuando se consultan tablas en una relación superior-secundaria.
Las bases de datos de Spanner contienen una o más tablas. Las tablas se estructuran como filas y columnas. Una o más de las columnas se definen como la clave primaria de la tabla, que identifica cada fila de manera única. Las claves primarias siempre se indexan para una búsqueda rápida de filas, y puedes definir índices secundarios en una o más columnas. Si deseas actualizar o borrar filas existentes en una tabla, esta debe tener una clave primaria. Una tabla sin columnas de clave primaria solo puede tener una fila. Solo las bases de datos con dialectos de GoogleSQL pueden tener tablas sin una clave primaria.
Los datos en Spanner tienen tipado fuerte. Debes definir un esquema para cada base de datos, y ese esquema debe especificar el tipo de datos de cada columna de cada tabla. Los tipos de datos incluyen tipos escalares y complejos, que se describen en Tipos de datos en GoogleSQL y tipos de datos de PostgreSQL.
Relaciones entre tablas superiores y secundarias
Existen dos formas de definir relaciones superiores y secundarias en Spanner: intercalación de tablas y claves externas.
La intercalación de tablas de Spanner es una buena opción para muchas relaciones superiores y secundarias. Con la intercalación, Spanner ubica físicamente las filas secundarias con las filas superiores en el almacenamiento. La ubicación puede mejorar el rendimiento de forma significativa. Por ejemplo, si tienes una tabla Customers y una tabla Invoices, y tu aplicación recupera con frecuencia todas las facturas de un cliente, puedes definir Invoices como una tabla secundaria intercalada de Customers. Si lo haces, estarás declarando una relación de localidad de datos entre dos tablas independientes. Le indicas a Spanner
que almacene una o más filas de Invoices con una fila Customers.
Debes asociar una tabla secundaria con una tabla superior si usas una DDL que declare la tabla secundaria como intercalada en la superior y si incluyes la clave primaria de la tabla superior como la primera parte de la clave primaria compuesta de la tabla secundaria. Para obtener más información sobre la intercalación, consulta Cómo crear tablas intercaladas más adelante en este tema.
Las claves externas son una solución de elementos principales y secundarios más general y abordan casos prácticos adicionales. No están limitadas a las columnas de clave primaria, y las tablas pueden tener varias relaciones de clave exterior, tanto como un superior en algunas relaciones, y un elemento secundario en otras. Sin embargo, una relación de clave externa no implica la ubicación conjunta de las tablas en la capa de almacenamiento.
Google recomienda representar las relaciones entre tablas primarias y secundarias como tablas intercaladas o como claves externas, pero no de ambas formas. Para obtener más información sobre las claves externas y su comparación con tablas intercaladas, consulta Descripción general de claves externas.
Elige una clave primaria
Es posible que tu aplicación ya tenga un campo que sirva naturalmente como clave primaria. Por ejemplo, para una tabla Customers, puede haber un CustomerId proporcionado por la aplicación que funcione bien como clave primaria. En otros casos, es posible que debas generar una clave primaria cuando insertes la fila. Por lo general, se trata de un valor entero único sin importancia para el negocio (una clave primaria subrogada).
En todos los casos, debes tener cuidado de no crear hotspots con la clave primaria que elijas. Por ejemplo, si insertas registros con una clave que es un número entero que aumenta monótonamente, siempre se insertará al final del espacio de claves. Esto no es conveniente, ya que Spanner divide los datos entre los servidores por rangos de claves, lo que significa que tus inserciones se dirigirán a un solo servidor y se creará un hotspot. Existen técnicas que pueden distribuir la carga entre varios servidores y evitar los hotspots:
- Genera un hash de la clave y almacénalo en una columna. Usa la columna de hash (o la columna de hash más la columna de la clave única) como clave primaria.
- Cambia el orden de las columnas en la clave primaria.
- Usa un identificador único universal (UUID). Se recomienda usar un UUID de versión 4, ya que esta utiliza valores aleatorios en los bits de orden superior. No uses un algoritmo de UUID (como uno de versión 1) que almacene la marca de tiempo en los bits de orden superior.
- Revierte los bits de los valores secuenciales.
Agrega índices secundarios basados en claves primarias
En ciertas circunstancias, el uso de la base de datos puede beneficiarse de la agregación de índices secundarios basados en claves primarias. Esto es particularmente cierto si ejecutas con frecuencia consultas que requieren análisis de orden inverso de la clave primaria de una tabla.
Claves primarias en tablas intercaladas
Para intercalar, cada tabla debe tener una clave primaria. Si declaras que una tabla es un elemento secundario intercalado de otra tabla, esta debe tener una clave primaria compuesta que incluya todos los componentes de la clave primaria del elemento superior en el mismo orden y, en general, una o más columnas secundarias adicionales de la tabla.
Spanner almacena las filas en orden según los valores de la clave primaria, con filas secundarias insertadas entre las filas superiores. Consulta una ilustración de filas intercaladas en Crea tablas intercaladas más adelante en este tema.
En resumen, Spanner puede ubicar físicamente juntas las filas de las tablas relacionadas. En los ejemplos de esquema, se muestra cómo se ve esta disposición física.
Divisiones de bases de datos
Puedes definir jerarquías de relaciones superiores y secundarias intercaladas de hasta siete capas de profundidad, lo que significa que puedes ubicar juntas las filas de siete tablas independientes. Si el tamaño de los datos de tus tablas es pequeño, es probable que un solo servidor de Spanner pueda manejar la base de datos. Pero ¿qué sucede cuando crecen las tablas relacionadas y comienzan a alcanzar los límites de recursos de un servidor individual? Spanner es una base de datos distribuida, lo que significa que, a medida que la base de datos crece, Spanner divide los datos en fragmentos llamados “divisiones”. Las divisiones individuales pueden moverse de forma independiente unas de otras y asignarse a distintos servidores, que pueden estar en diferentes ubicaciones físicas. Una división contiene un rango de filas contiguas. Las claves de inicio y fin de este rango se denominan “límites de división”. Spanner agrega y quita de forma automática los límites de división según el tamaño y la carga, lo que cambia la cantidad de divisiones en la base de datos.
División basada en la carga
Como ejemplo de cómo Spanner realiza la división basada en la carga para mitigar los hotspots de lectura, supongamos que tu base de datos contiene una tabla con 10 filas que se leen con mayor frecuencia que todas las demás filas de la tabla. Spanner puede agregar límites de división entre cada una de esas 10 filas para que un servidor diferente los controle, en lugar de permitir que todas las lecturas de esas filas consuman los recursos de un solo servidor.
Como regla general, si sigues las prácticas recomendadas para el diseño de esquemas, Spanner puede mitigar los hotspots, de modo que la capacidad de procesamiento de lectura debería mejorar cada pocos minutos hasta que saturas los recursos de tu instancia o hasta que te encuentres con casos en los que no se puedan agregar límites de división nuevos (porque tienes una división que cubre solo una fila sin elementos secundarios intercalados).
Ejemplos de esquemas
En los siguientes ejemplos de esquemas, se muestra cómo crear tablas superiores y secundarias con y sin intercalación, y se ilustran los diseños físicos correspondientes de los datos.
Crea una tabla superior
Supongamos que quieres crear una aplicación de música y necesitas una tabla simple que almacene filas de datos de cantantes:
Ten en cuenta que la tabla contiene una columna de clave primaria, SingerId, que aparece a la izquierda de la línea en negrita, y que las tablas están organizadas por filas y columnas.
Puedes definir la tabla con un esquema de Spanner como el siguiente:
GoogleSQL
CREATE TABLE Singers ( SingerId INT64 NOT NULL, FirstName STRING(1024), LastName STRING(1024), SingerInfo BYTES(MAX), ) PRIMARY KEY (SingerId);
PostgreSQL
CREATE TABLE singers ( singer_id BIGINT PRIMARY KEY, first_name VARCHAR(1024), last_name VARCHAR(1024), singer_info BYTEA );
Ten en cuenta lo siguiente sobre el esquema de ejemplo:
Singerses una tabla en la raíz de la jerarquía de la base de datos (porque no está definida como un elemento secundario intercalado de otra tabla).- Para las bases de datos con dialecto de GoogleSQL, las columnas de clave primaria suelen tener anotaciones con
NOT NULL(aunque puedes omitir esta anotación si deseas permitir valoresNULLen las columnas clave. Para obtener más información, consulta Columnas de clave. - Las columnas que no se incluyen en la clave primaria se denominan columnas sin clave y pueden tener una anotación
NOT NULLopcional. - Las columnas que usan los tipos
STRINGoBYTESen GoogleSQL deben definirse con una longitud, que representa la cantidad máxima de caracteres Unicode que se pueden almacenar en el campo. La especificación de longitud es opcional para los tiposvarcharycharacter varyingde PostgreSQL. Si deseas obtener más información, consulta Tipos de datos escalares para bases de datos con dialectos de GoogleSQL y tipos de datos de PostgreSQL para bases de datos con dialectos de PostgreSQL.
¿Cómo es la disposición física de las filas de la tabla Singers? En el siguiente diagrama, se muestran las filas de la tabla Singers que almacenó la clave primaria (“Singers(1)”, luego “Singers(2)”) y así sucesivamente, donde el número entre paréntesis es el valor de la clave primaria.
En el diagrama anterior, se ilustra un límite de división de ejemplo entre las filas con las claves Singers(3) y Singers(4), con los datos de las divisiones resultantes asignados a diferentes servidores. A medida que crece esta tabla, es posible que las filas de datos de Singers se almacenen en diferentes ubicaciones.
Crea tablas superiores y secundarias
Supongamos que ahora quieres agregar algunos datos básicos sobre los álbumes de cada cantante a la aplicación de música.
Ten en cuenta que la clave primaria de Albums se compone de dos columnas: SingerId y AlbumId. Esto permite asociar cada álbum con su cantante. En el siguiente esquema de ejemplo, se definen las tablas Albums y Singers en la raíz de la jerarquía de la base de datos, lo que las convierte en tablas del mismo nivel.
-- Schema hierarchy: -- + Singers (sibling table of Albums) -- + Albums (sibling table of Singers)
GoogleSQL
CREATE TABLE Singers ( SingerId INT64 NOT NULL, FirstName STRING(1024), LastName STRING(1024), SingerInfo BYTES(MAX), ) PRIMARY KEY (SingerId); CREATE TABLE Albums ( SingerId INT64 NOT NULL, AlbumId INT64 NOT NULL, AlbumTitle STRING(MAX), ) PRIMARY KEY (SingerId, AlbumId);
PostgreSQL
CREATE TABLE singers ( singer_id BIGINT PRIMARY KEY, first_name VARCHAR(1024), last_name VARCHAR(1024), singer_info BYTEA ); CREATE TABLE albums ( singer_id BIGINT, album_id BIGINT, album_title VARCHAR, PRIMARY KEY (singer_id, album_id) );
La disposición física de las filas de Singers y Albums se parece al siguiente diagrama, con filas de la tabla Albums almacenadas por clave primaria contigua y, luego, filas de Singers almacenadas por clave primaria contigua:
Una nota importante sobre el esquema es que Spanner no supone ninguna relación de localidad de datos entre las tablas Singers y Albums, ya que son tablas de nivel superior. A medida que crece la base de datos, Spanner puede agregar límites de división entre cualquiera de las filas. Esto significa que las filas de la tabla Albums podrían terminar en una división distinta a las de las filas de la tabla Singers, y ambas divisiones podrían moverse independientemente una de otra.
Según las necesidades de la aplicación, podría ser aceptable permitir que los datos de Albums se ubiquen en divisiones diferentes a las de los datos de Singers. Sin embargo, esto puede generar una penalización de rendimiento debido a la necesidad de coordinar las lecturas y actualizaciones en diferentes recursos. Si tu aplicación necesita recuperar con frecuencia información sobre todos los álbumes de un cantante en particular, debes crear Albums como una tabla secundaria intercalada de Singers, que ubica las filas de las dos tablas junto con la dimensión de la clave primaria. En el siguiente ejemplo, se explica esto con más detalle.
Crea tablas intercaladas
Una tabla intercalada es una tabla que declaras como secundaria intercalada de otra tabla, ya que quieres que las filas de la tabla secundaria se almacenen físicamente con la fila superior asociada. Como se mencionó antes, la clave primaria de la tabla superior debe ser la primera parte de la clave primaria compuesta de la tabla secundaria.
Cuando diseñas tu aplicación de música, supongamos que te das cuenta de que necesita acceder con frecuencia a las filas de la tabla Albums cuando accede a una fila Singers. Por ejemplo, cuando accedes a la fila Singers(1), también debes acceder a las filas Albums(1, 1) y Albums(1, 2). En este caso, Singers y Albums deben tener una relación sólida de localidad de datos.
Para declarar esta relación de localidad de datos, crea Albums como una tabla secundaria intercalada de Singers.
-- Schema hierarchy: -- + Singers -- + Albums (interleaved table, child table of Singers)
En la línea en negrita del siguiente esquema, se muestra cómo crear Albums como una tabla intercalada de Singers.
GoogleSQL
CREATE TABLE Singers ( SingerId INT64 NOT NULL, FirstName STRING(1024), LastName STRING(1024), SingerInfo BYTES(MAX), ) PRIMARY KEY (SingerId); 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;
PostgreSQL
CREATE TABLE singers ( singer_id BIGINT PRIMARY KEY, first_name VARCHAR(1024), last_name VARCHAR(1024), singer_info BYTEA ); CREATE TABLE albums ( singer_id BIGINT, album_id BIGINT, album_title VARCHAR, PRIMARY KEY (singer_id, album_id) ) INTERLEAVE IN PARENT singers ON DELETE CASCADE;
Notas sobre este esquema:
SingerId, que es la primera parte de la clave primaria de la tabla secundariaAlbums, también es la clave primaria de su tabla superiorSingers.- La anotación
ON DELETE CASCADEindica que, cuando se borra una fila de la tabla superior, sus filas secundarias también se borran automáticamente. Si una tabla secundaria no tiene esta anotación, o si la anotación esON DELETE NO ACTION, debes borrar las filas secundarias antes de poder borrar la fila superior. - Las filas intercaladas se ordenan primero por filas de la tabla superior y, luego, por las filas contiguas de la tabla secundaria que comparten la clave primaria del superior. Por ejemplo, "Singers(1)", "Álbumes(1, 1)", "Álbumes(1, 2)", etcétera.
- La relación de localidad de datos de cada cantante y los datos de sus álbumes se conservan si esta base de datos se divide, siempre que el tamaño de una fila de
Singersy todas sus filas deAlbumspermanezcan por debajo del límite de tamaño de la división y no haya un hotspot en ninguna de estas filas deAlbums. - La fila superior debe existir antes de que puedas insertar filas secundarias. La fila superior puede ya existir en la base de datos o puede insertarse antes de la inserción de las filas secundarias en la misma transacción.
Cómo crear una jerarquía de tablas intercaladas
La relación de superior y secundaria entre Singers y Albums se puede extender a más tablas descendientes. Por ejemplo, puedes crear una tabla intercalada llamada Songs como secundaria de Albums para almacenar la lista de pistas de cada álbum:
Songs debe tener una clave primaria que incluya todas las claves primarias de las tablas superiores en la jerarquía, es decir, SingerId y AlbumId.
-- Schema hierarchy: -- + Singers -- + Albums (interleaved table, child table of Singers) -- + Songs (interleaved table, child table of Albums)
GoogleSQL
CREATE TABLE Singers ( SingerId INT64 NOT NULL, FirstName STRING(1024), LastName STRING(1024), SingerInfo BYTES(MAX), ) PRIMARY KEY (SingerId); 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; CREATE TABLE Songs ( SingerId INT64 NOT NULL, AlbumId INT64 NOT NULL, TrackId INT64 NOT NULL, SongName STRING(MAX), ) PRIMARY KEY (SingerId, AlbumId, TrackId), INTERLEAVE IN PARENT Albums ON DELETE CASCADE;
PostgreSQL
CREATE TABLE singers ( singer_id BIGINT PRIMARY KEY, first_name VARCHAR(1024), last_name VARCHAR(1024), singer_info BYTEA ); CREATE TABLE albums ( singer_id BIGINT, album_id BIGINT, album_title VARCHAR, PRIMARY KEY (singer_id, album_id) ) INTERLEAVE IN PARENT singers ON DELETE CASCADE; CREATE TABLE songs ( singer_id BIGINT, album_id BIGINT, track_id BIGINT, song_name VARCHAR, PRIMARY KEY (singer_id, album_id, track_id) ) INTERLEAVE IN PARENT albums ON DELETE CASCADE;
En el siguiente diagrama, se representa una vista física de filas intercaladas.
En este ejemplo, a medida que aumenta la cantidad de cantantes, Spanner agrega límites de división entre cantantes para preservar la localidad de datos entre un cantante y los datos de su álbum y canción. Sin embargo, si el tamaño de una fila de cantante y sus filas secundarias superan el límite de tamaño de la división, o si se detecta un hotspot en las filas secundarias, Spanner intenta agregar límites de división para aislar esa fila junto con todas las filas secundarias debajo de ella.
En resumen, una tabla superior junto con todas sus tablas secundarias y descendientes forman una jerarquía de tablas en el esquema. Aunque cada tabla de la jerarquía es independiente de forma lógica, intercalarlas físicamente de esta manera puede mejorar el rendimiento, ya que las tablas se unen con anticipación y te permiten acceder a las filas relacionadas y, al mismo tiempo, minimizar los accesos al almacenamiento.
Uniones con tablas intercaladas
Si es posible, une los datos de las tablas intercaladas por clave primaria. Debido a que cada fila intercalada suele almacenarse físicamente en la misma división que su fila superior, Spanner puede realizar uniones mediante clave primaria de forma local, lo que minimiza el acceso al almacenamiento y el tráfico de red. En el siguiente ejemplo, Singers y Albums se unen en la clave primaria SingerId.
GoogleSQL
SELECT s.FirstName, a.AlbumTitle FROM Singers AS s JOIN Albums AS a ON s.SingerId = a.SingerId;
PostgreSQL
SELECT s.first_name, a.album_title FROM singers AS s JOIN albums AS a ON s.singer_id = a.singer_id;
Columnas de clave
En esta sección, se incluyen algunas notas sobre las columnas clave.
Cambia las claves de la tabla
No es posible modificar las claves de una tabla. Es decir, no puedes agregar una columna de clave a una tabla existente ni quitar una columna de clave que ya exista.
Almacena valores NULL en una clave primaria
En Google SQL, si deseas almacenar NULL en una columna de clave primaria, omite la cláusula NOT NULL para esa columna en el esquema. (Las bases de datos de dialecto de PostgreSQL no admiten valores NULL en una columna de clave primaria).
Este es un ejemplo de omisión de la cláusula NOT NULL en la columna de clave primaria SingerId. Ten en cuenta que, como SingerId es la clave primaria, solo puede haber una fila que almacene NULL en esa columna.
CREATE TABLE Singers ( SingerId INT64, FirstName STRING(1024), LastName STRING(1024), ) PRIMARY KEY (SingerId);
La propiedad para admitir valores NULL de la columna de clave primaria debe coincidir entre las declaraciones de las tablas superior y secundaria. En este ejemplo, no se permite NOT NULL para la columna Albums.SingerId porque Singers.SingerId se la omite.
CREATE TABLE Singers ( SingerId INT64, FirstName STRING(1024), LastName STRING(1024), ) PRIMARY KEY (SingerId); 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;
Tipos no permitidos
Las siguientes columnas no pueden ser del tipo ARRAY:
- Las columnas de clave de una tabla
- Las columnas de clave de un índice
Diseña para multiusuarios
Te recomendamos implementar la función multiusuario si almacenas datos que pertenecen a diferentes clientes. Por ejemplo, es posible que un servicio de música quiera almacenar el contenido de cada sello discográfico por separado.
Multiusuario clásico
La forma clásica de diseñar para multiusuario es crear una base de datos independiente para cada cliente. En este ejemplo, cada base de datos tiene su propia tabla Singers:
| SingerId | FirstName | LastName |
|---|---|---|
| 1 | Marc | Richards |
| 2 | Catalina | Smith |
| SingerId | FirstName | LastName |
|---|---|---|
| 1 | Alicia | Trentor |
| 2 | Gabriel | Wright |
| SingerId | FirstName | LastName |
|---|---|---|
| 1 | Benjamín | Martínez |
| 2 | Hannah | Harris |
Multiusuario administrado por esquemas
Otra forma de diseñar para multiusuarios en Spanner es tener a todos los clientes en una sola tabla en una sola base de datos y usar un valor de clave primaria diferente para cada cliente. Por ejemplo, puedes incluir una columna de clave CustomerId en tus tablas. Si defines CustomerId como primera columna de clave, los datos de cada cliente tendrán una buena localidad. Spanner puede usar divisiones de bases de datos de manera eficaz para maximizar el rendimiento en función del tamaño de los datos y los patrones de carga. En el siguiente ejemplo, hay una sola tabla Singers para todos los clientes:
| CustomerId | SingerId | FirstName | LastName |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Marc | Richards |
| 1 | 2 | Catalina | Smith |
| 2 | 1 | Alicia | Trentor |
| 2 | 2 | Gabriel | Wright |
| 3 | 1 | Benjamín | Martínez |
| 3 | 2 | Hannah | Harris |
Existen restricciones que debes tener en cuenta en caso de que debas tener bases de datos separadas para cada usuario:
- Existen límites para la cantidad de bases de datos por instancia y la cantidad de índices y tablas por base de datos. Según la cantidad de clientes, es posible que no sea posible tener tablas o bases de datos separadas.
- Agregar nuevos índices no entrelazados y tablas puede tomar mucho tiempo. Es posible que no puedas conseguir el rendimiento que deseas si el diseño del esquema depende de agregar nuevos índices y tablas.
Si quieres crear bases de datos independientes, podrías tener más éxito si distribuyes las tablas en bases de datos de manera que cada base tenga una cantidad baja de cambios de esquema por semana.
Si creas índices y tablas separados para cada cliente de tu aplicación, no pongas todos los índices y tablas en la misma base de datos. En su lugar, repártelos en muchas bases de datos para mitigar los problemas de rendimiento que se producen por la creación de una gran cantidad de índices.
Si quieres obtener más información sobre otros patrones de administración de datos y el diseño de aplicaciones para multiusuario, consulta Implementa multiusuarios en Spanner.