データストアのアクセス特性

4月の中頃に書いていた記事の続きなんですが、ずいぶん間が空いてしまいました。そこでは、すこしモデリングの話題に寄り道しましたが、ドメインモデルとデータストアのマッピングの話題に戻りたいと思います。

ドメインモデルとデータストアのマッピングを考える上で重要なのがデータストアの分類です。データストアの分類軸として、色々なものが考えられますがその一つとして、データアクセス特性があります。

クラウドプラウドプラットフォームにおけるデータストアの性能特性と、アプリケーションのニーズの対応関係を整理し、アプリケーションの用途に合わせた性能特性を持つデータストアを選択することが重要になります。

RDBMS登場後は、データストアの選択もRDBMS一本でよかったのですが、クラウドプラットフォーム、NoSQLといった新しい技術の登場で、データストアの選択、あるいは使い分けがアーキテクチャ選択上、重要な要因になってきました。

そこで、データストア選択のための評価軸を整理しておくことにしました。現時点で思いつくのがアクセスパターン、アクセス方式、アクセスサイズです。他によいものあれば随時追加していきたいと思います。

アクセスパターン

データストアに対するアクセスパターンとして以下の分類を使用します。

read-only

参照のみ。

read-write

参照と更新。

read-mostly

ほとんど参照、まれに更新。

write-only

書き込みのみ。

read-writeが一番汎用的ですが、スケーラビリティの達成が困難になります。

その他の3つのアクセスパターンは、read-writeよりもアクセスの自由度が限定される分、スケーラビリティを高くする事ができます。

read-onlyは文字通り参照のみのアクセスで、更新処理はありません。このパターンでは、データの複製を必要な数だけ用意することができるので、スケーラビリティを高めることができます。

read-mostlyは分散技術でよく用いられる呼び方で、ほとんど参照のみで、たまに更新があるという特性です。この特性と、データの一貫性は厳密に制御しないという方式を組み合わせるとキャッシュを広範囲にわたって配布、共有できるのでスケーラビリティを大幅に向上させることができます。

write-onlyはアプリケーションからは書込みのみを行うパターンです。ログなどが典型例ですが、CQRSといったアーキテクチャではデータ投入にこのアクセスパターンを用います。

read-writeでは、データの一貫性を保つための制御に大きなオーバヘッドあり、write-onlyとすることでこのオーバヘッドを避けることができます。

アクセス方式

アクセス方式として以下の分類を使用します。

sequential

シーケンシャルアクセス

random

ランダムアクセス

sequentialは、データを先頭から最後尾まで連続でアクセスするアクセスパターンです。先頭から最後尾までの連続アクセスも、さらに索引順と格納順に分けることができますが、現在は索引を持つのが普通(あるいはカラムナDB)なので考えないことにします。

randomは、データを一部をランダムにアクセスするアクセスパターンです。

OLTPはランダムアクセスが中心ですが、バッチ処理やOLAP/BIはシーケンシャルアクセスのニーズが高くなります。

データストアを選択する上で重要なのは、ランダムアクセス性能とシーケンシャルアクセス性能は、多くの場合相反する性質ということです。このため、アプリケーションの特性に応じてデータストア製品を選択するが必要となります。あるいは、RDBMSにおけるインデックスのチューニングといった作業で同じデータベースシステムをシーケンシャルアクセス向けやランダムアクセス向けにチューニング仕分けることも可能です。いずれかの手段で、適切なデータストアを確保することになります。

アクセスサイズ

アクセスサイズとして以下の分類を使用します。

record

データをレコード単位でアクセス

portion

データの一定範囲をアクセス

bulk

データの一定範囲/全体を一括してアクセス

recordはレコード単位でのデータアクセスです。1レコードから数レコードの範囲を想定しています。

portionは一定範囲でのデータアクセスです。データの選択を行った後、一回の転送で取得できる範囲(1000件程度)を想定しています。

bulkはデータの一定範囲あるいは全体を一括アクセスします。データ全体スキャンあるいは選択条件に合致する多量のレコードを一括してアクセスすることを想定しています。