Realm은 어떻게 효율적인 데이터베이스를 만들었나?
https://deview.kr/2017/schedule/206
Realm은 SQLite만 사용되던 모바일 데이터베이스 시장에서 혁신적인 대안으로 평가받고있는 오픈소스 데이터베이스 입니다. 현재 10만명 이상의 개발자들이 개발에 사용하고있고, 20억대 이상의 디바이스에 설치되어 있습니다.
Realm을 빠르고 효율적인 데이터베이스로 만들기 위해 사용되었던 여러 기술과 고려되었던 여러 사안들이 있습니다. Realm이 이슈들을 어떤 방법으로 대처해왔는지를 살피고 거기에서 응용과 프레임워크 개발에서 얻을 수 있는 교훈을 살펴봅시다.
how can realm_make_efficient_mobile_database
1. Realm은 어떻게 효율적인 데이터베이스를 만들었나? Leonardo YongUk Kim Java team
2. GreenDao ORMLite SQLite Realm
3. 첫번째 비결 Zero copy
4. Zero copy “최대한 복제를 미루는 것입니 다.”
5. 왜 Zero copy인가?
public class City { private String name; private long votes;
public String getName() { return name; }
public void setName(String name) { this.name = name; }
public long getVotes() { return votes; }
public void setVotes(long votes) { this.votes = votes; } }
제로 카피 없는 세상을 생각해 봅시다.
6. 왜 Zero copy인가?
public class City {
private String name; private long votes;
public String getName() { return name; }
public void setName(String name) { this.name = name; }
public long getVotes() { return votes; }
public void setVotes(long votes) { this.votes = votes; }
}
ORM이나 JSON 파서가 채워줘야 해요.
ORM이나 JSON 파서가 채워줘야 해요.
7. 왜 Zero copy인가? public class City { private String name; private long votes; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public long getVotes() { return votes; } public void setVotes(long votes) { this.votes = votes; } } public List<City> hydrate() { List<City> results = new ArrayList<>(); while (hasNextItem) { City c = new City(); c.setName(name); c.setVotes(votes); results.add(c); } return results; } 너가 뭘 쓸지 몰라서 다 준비했어요.
8. 왜 Zero copy인가? public List<City> hydrate() { List<City> results = new ArrayList<>(); while (hasNextItem) { City c = new City(); c.setName(name); c.setVotes(votes); /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ results.add(c); } return results; } 너가 뭘 쓸지 몰라서 다 준비했어요. 수화라고 번역합니다. 객체의 필드를 채우는 일입니다.
9. 왜 Zero copy인가? public List<City> hydrate() { List<City> results = new ArrayList<>(); while (hasNextItem) { City c = new City(); c.setName(String.valueOf(name)); c.setVotes(Integer.parseInt(votes)); /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ /* invoke other setters */ results.add(c); } return results; } 어쩌면 매번 변환이 필요할지 몰라Yo~!
10. 왜 Zero copy인가? public class City { private String name; private long votes; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public long getVotes() { return votes; } public void setVotes(long votes) { this.votes = votes; } } 만약에 사용자가 getName만 필요하면? votes값의 변환과 설정은 필요없는 것 아닌가?
11. 왜 Zero copy인가? public class City { private String name; private long votes; private final int COLUMN_NAME = 0; public String getName() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void setName(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } public long getVotes() { return votes; } public void setVotes(long votes) { this.votes = votes; } } row에서 해당 column만 이제 가져옵시다. name을 채우지 맙시다. row의 해당 column에 기록합니다. “사용하지 않을지 모르는 항목을 위한 작업을 최대한 뒤로 미루자.”
12. 보일러플레이트
13. 보일러플레이트 public class City { private String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } } public class City { private final int COLUMN_NAME = 0; public String getName() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void setName(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } } 프로그래머에게 직관적인 코드
14. 보일러플레이트 public class City { private String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } } public class LazyCity { private final int COLUMN_NAME = 0; public String getName() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void setName(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } } 프로그래머에게 비관적인 코드 꼭 이렇게 짜야하나요?
15. 보일러플레이트 public class City extends RealmObject { private String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } } public class CityRealmProxy extends City{ private final int COLUMN_NAME = 0; public String getName() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void setName(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } } 반복적인 작업은 기계에게 맡겨야 합니다. “Annotation Processing Tool (APT)” 생성된 클래스는 모두 RealmProxy가 붙습니다.Realm 객체는 RealmObject를 상속 받습니다.
16. 반복적인 작업은 기계에게 맡겨야 합니다.
“Annotation Processing Tool (APT)”
“어노테이션 프로세싱 툴은 어노테이션으로 부터 새로운 객체를 생성합니다.”
17. Man vs Code
City CityRealmProx y 사용자의 원본 객체 (RealmObject) 기계가 생성한 객체 (RealmProxy) 어노테이션 프로세싱 툴 (APT)
18. Man vs Code Realm의 APT는 AbstractProcessor를 상속한 RealmProcessor로 구현됩니다. AbstractProcessor +process(annotations, roundEnv) RealmProcessor RealmObject RealmProxy RealmObject RealmProxy RealmObject RealmProxy
19. Man vs Code writer.emitAnnotation("Override") .beginMethod( "void", // return type "copy", // method name EnumSet.of(Modifier.PROTECTED, Modifier.FINAL), // modifiers "ColumnInfo", "rawSrc", "ColumnInfo", "rawDst"); // parameters writer.emitStatement("final %1$s src = (%1$s) rawSrc", columnInfoClassName()); writer.emitStatement("final %1$s dst = (%1$s) rawDst", columnInfoClassName()); for (VariableElement variableElement : metadata.getFields()) { writer.emitStatement("dst.%1$s = src.%1$s", columnIndexVarName(variableElement)); } writer.endMethod(); “마법은 없습니다. Java 코드를 생성하는 것은 고통스러운 일입니다.”
20. Man vs Code “마법은 없습니다. Java 코드를 생성하는 것은 고통스러운 일입니다.” 1. StringBuilder 2. Template engines 1. Apache Velocity (7년만에 부활) 2. Apache FreeMaker 3. Pebble Template Engine 4. Thymeleaf Template Engine 3. Code generators 1. JavaPoet 2. JavaWriter (개발 중단. Java Poet이 후속작) 3. jcodemodel (2005년 경부터 개발 중단) 당신은 용자 코드도 찍어내면 그만? 내가 코드를 짜는 건지 코드가 날 짜는 건지. 튜토리얼이 많은 애가 개발이 잘 안돼. 그래도 스퀘어가 제일 낫지 않나?
21. APT가 해법인가?
22. APT가 해법인가? public class City extends RealmObject { private String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } } public class CityRealmProxy extends City { private final int COLUMN_NAME = 0; public String getName() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void setName(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } } APT는 어떤 메서드가 어떤 역할인지 이해하지 못합니다.
23. APT가 해법인가? public class City extends RealmObject { private String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } } public class CityRealmProxy extends City { private final int COLUMN_NAME = 0; public String getName() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void setName(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } } 암묵적인 컨벤션을 가정합니다. 구 버전의 Realm에서는 항상 표준적인 이름의 getter와 setter를 강제합니다. name이란 필드에 대해 getName과 setName을 쓰지 않을까요?
24. APT가 해법인가? public class City extends RealmObject { private String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } } public class CityRealmProxy extends City { private final int COLUMN_NAME = 0; public String getName() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void setName(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } } 부모가 name 필드와 어떤 상호작용을 하고 있을지 예상할 수 없습니다. 구 버전의 Realm은 커스텀 동작을 금지하고 부모 클래스의 동작을 무시했습니다. City의 getName은 어떤 부가 작업을 하고 있을까요? City의 setName은 어떤 부가 작업을 하고 있을까요?
25. 바이트 코드 뒤집기
26. 바이트 코드 뒤집기 City name CityRealmProx y CityRealmProxyInterface +realmGet$name: String +realmSet$name(name) ZeroCopy관련 객체를 위한 인터페이스 name 필드에 접근하는 모든 코드 대신 realmGet$name과 realmSet$name이 호출되도록 변조합 니다. realmGet$name과 realmSet$name를 오버라이드해서 Zero copy 부분을 구현합니다. APT로 코드 생성 인터페이스 구현
27. 바이트 코드 뒤집기 public class CityRealmProxy extends City implements CityRealmProxyInterface { private final int COLUMN_NAME = 0; public String realmGet$name() { return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME); } public void realmSet$Name(String name) { getRow().setString(COLUMN_NAME, name); } } 내부용 게터와 세터는 RealmProxy 아래 생성됩니다.
28. 바이트 코드 뒤집기 public class City implements CityRealmProxyInterface { private String name; public String getName() { return (String) realmGet$name(); } public void setName(String name) { realmSet$name(name); } public String realmGet$name() { return name; } public void realmSet$Name(String name) { this.name = name; } } “바이트코드가 변조된 City객체 입니다.” public class City extends RealmObject { private String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } }
29. 바이트 코드 뒤집기 public class City implements CityRealmProxyInterface { public String name; public String realmGet$name() { return name; } public void realmSet$Name(String name) { this.name = name; } } “이제는 getter와 setter가 없어도 됩니다.” public class City extends RealmObject { public String name; } name 필드에 대한 접근은 모두 게터와 세터 호출로 변경됩니다.
30. 바이트 코드 뒤집기 City CIty 사용자가 생성한 객체 바이트 코드 변조된 객체 Transformer “Transformer는 빌드된 결과를 변조합니다.”
31. 바이트 코드 뒤집기 class RealmTransformer extends Transform { @Override void transform(Context context, Collection<TransformInput> inputs, Collection<TransformInput> referencedInputs, TransformOutputProvider outputProvider, boolean isIncremental) throws IOException, TransformException, InterruptedException { … } } 이 트랜스포머가 필드에 대한 접근들을 모두 Realm의 게터와 세터로 변조합니다.
32. 바이트 코드 뒤집기 “마법은 없습니다. 바이트 코드를 변조하는 것은 고통스러운 일입니다.” 1. ASM 2. BCEL 3. CGLIB 4. Javassist 5. AspectJ 중간 정도 난이도의 도구. Realm이 사용.
33. 다른 DB도 Zero copy?
34. 다른 DB도 Zero copy? SQLite 시스템 적인 경계 Object Object Object Object Object Object ORM
35. 다른 DB도 Zero copy? SQLite 시스템 적인 경계 Object Object Object Object Object Object ORM 이 영역까지만 lazy하게 미룰 수 있음.
36. 다른 DB도 Zero copy? SQLite 시스템 적인 경계 Object Object Object Object Object Object ORM 경계를 넘어서 lazy한 처리는 어려움.
37. 더 많은 Zero copy 가능성 realm.executeTransaction(new Realm.Transaction() { @Override public void execute(Realm realm) { Person person = realm.createObject(Person.class); person.setId(1); person.setName("Young Person"); person.setAge(14); } }); final RealmResults<Person> people = realm.where(Person.class).findAll(); final Person person = people.first(); final String name = person.name; “Realm은 생각보다 더 게으릅니다.”
38. 더 많은 Zero copy 가능성 realm.executeTransaction(new Realm.Transaction() { @Override public void execute(Realm realm) { Person person = realm.createObject(Person.class); person.setId(1); person.setName("Young Person"); person.setAge(14); } }); final RealmResults<Person> people = realm.where(Person.class).findAll(); final Person person = people.first(); final String name = person.name; Realm 은 오프셋도 리미트도 없습니다.
39. 더 많은 Zero copy 가능성 realm.executeTransaction(new Realm.Transaction() { @Override public void execute(Realm realm) { Person person = realm.createObject(Person.class); person.setId(1); person.setName("Young Person"); person.setAge(14); } }); final RealmResults<Person> people = realm.where(Person.class).findAll(); final Person person = people.first(); final String name = person.name; 이 시점에서는 실제 데이터를 받아오지 않습니다. 실제 데이터를 가지고 있지 않기 때문에 특수한 리스트 구조를 가지고 있습 니다.
40. 더 많은 Zero copy 가능성 realm.executeTransaction(new Realm.Transaction() { @Override public void execute(Realm realm) { Person person = realm.createObject(Person.class); person.setId(1); person.setName("Young Person"); person.setAge(14); } }); final RealmResults<Person> people = realm.where(Person.class).findAll(); final Person person = people.first(); final String name = person.name; 이 시점에 첫 번째 사람에 대한 메타 데이터만 가지고 옵니다.
41. 더 많은 Zero copy 가능성 realm.executeTransaction(new Realm.Transaction() { @Override public void execute(Realm realm) { Person person = realm.createObject(Person.class); person.setId(1); person.setName("Young Person"); person.setAge(14); } }); final RealmResults<Person> people = realm.where(Person.class).findAll(); final Person person = people.first(); final String name = person.name; 이 시점에 첫 번째 사람의 정보 중 name만 접근합니다.
42. 더 많은 Zero copy 가능성 Realm은 lazy하게 동작하기 위해 특별한 클래스를 가집니다. 1. RealmObject 2. RealmResults 3. RealmList DB 엔진의 지원 때문에 전체적으로 게을러질 수 있습니다.
43. 조금 더 빨라지기 위 해
44. 조금 더 빨라지기 위해 final RealmResults<Person> people = realm.where(Person.class).findAll(); for (Person person : people) { final String name = person.name; } 객체의 전체 필드가 필요한 경우는 드뭅니다. 모바일 데이터베이스의 특징을 생각해봅시다.
45. 조금 더 빨라지기 위해 10 30 40 3 4 6 10 Row 3 전통적인 Row 우선 B-Tree리프가 10번째 Row까지 가진다는 것을 의미 nam e votes 패딩 리프는 보통 연속된 Array Row에 속한 모든 Column
46. 조금 더 빨라지기 위해 10 30 40 3 4 6 10 Row 3 연속된 name 검색 nam e votes 패딩 인접한 데이터는 name이 아니다.
47. 조금 더 빨라지기 위해 캐시를 생각해봅시다. (3회 적중) nam e votes 패딩 nam e votes 패딩 nam e votes 패딩 nam e votes 패딩 캐시 라인 캐시 히트 캐시 미스
48. 조금 더 빨라지기 위해 구조를 컬럼 기준으로 바꾸어봅시다. nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e 캐시 라인
49. 조금 더 빨라지기 위해 구조를 컬럼 기준으로 바꾸어봅시다. (12회 적중) nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e nam e 캐시 라인 캐시 히트 캐시 미스
50. 조금 더 빨라지기 위해 4 8 12 Realm의 Column 우선 B-Tree nam e nam e nam e nam e 리프가 4번째 컬럼까지 가진다는 것을 의미 동질적인 데이터이기에 예측가능한 사이즈
51. 4 8 12 Realm의 전체 트리 nam e nam e nam e nam e nam e votes Perso n Group (DB와 같은 개념) Table Column B-tree 4 8 12 vote votes votes votes Ro ot
52. Root가 있는 이유?
53. Root가 있는 이유? 4 8 12 nam e nam e nam e nam e nam e votes Perso n 4 8 12 vote votes votes votes Ro ot 전체 Group을 하나의 스냅샷으로 인 지.
54. Root가 있는 이유? 현재 버전을 포인팅 Ro ot 현재 버전 삭제될 과거 버전 “Multi Version Concurrency Control” Git, 현대적인 DBMS에서 사용.
55. Root가 있는 이유? Ro ot 다른 사용자는 현재 버전에 Lock 없이 접근. 새 버전을 작성중 . 읽기는 언제나 비 배타적입니다.
56. Root가 있는 이유? Ro ot 새로 작성된 버전으로 옮겨가는 것만 락이 필요합 니다. Ro ot 쓰기만 배타적입니다. 다른 사용자는 여전히 이전 버전에 접근 중. 루트를 이동
57. Root가 있는 이유? "MVVC는 효율을 위해 사용성을 일부 희생합니다.” 1. 읽기는 Lock이 필요하지 않으며 언제나 가능합니다. 2. 쓰기는 Lock이 필요합니다. 3. 객체는 어떤 시점을 참고하고 있기 때문에 다른 스레드로 전달될 수 없습니 4. 다른 스레드에서 객체를 참고하는 것은 즉시 이루어집니다. 프로그래머에게 직관적이지는 않습니다.
58. 이전 버전을 읽을 가 능성?
59. 이전 버전을 읽을 가능성? Ro ot 다른 사용자는 현재 버전에 Lock 없이 접근. 새 버전을 작성중 . “다른 사용자는 여전히 구 버전을 접근하게 되지 않나요?”
60. 이전 버전을 읽을 가능성? Person 객체 (Leonardo) v1 Person 객체 (Leonardo) v1 스레드 A 스레드 B Person 객체 (Leonardo) v2 1. 스레드 A에서 Person 객체 업데이트. 2. 업데이트 내역이 전파. Person 객체 (Leonardo) v2 3. 스레드 B의 라이브 객체가 자동 업데이 트. 3. 스레드 B의 객체의 리스너에게 모두 업데이트 내용을 통보.
61. 추가적인 최적화
62. 추가적인 최적화 4 8 12 nam e nam e nam e nam e nam e votes Perso n 배열은 얼마나 많은 공간을 차지할까? 4 8 12 vote votes votes votes Ro ot
63. 추가적인 최적화 0 1 0 1 votes가 최대 1인 경우 “최대 값이 1인 경우 4개의 votes는 4bits를 차지합니다.” Boolean 타입이 가장 효율적으로 저장됩니다.
64. 추가적인 최적화 00 01 10 01 최대 값이 2로 변경되었습니다. “최대 값이 2인 경우 4개의 votes는 8bits를 차지합니다.”
65. 추가적인 최적화 000 101 010 001 최대 값이 5로 변경되었습니다. “최대 값이 5인 경우 4개의 votes는 12bits를 차지합니다.”
66. 추가적인 최적화 4 8 12 노드의 실제 구조 nam e nam e nam e nam e nam e votes Perso n 4 8 12 vote votes votes votes Ro ot 4 8 12 개별 노드는 3개의 배열을 사용합니 다. 유연하지만 오버헤드가 있습니다.
67. 추가적인 최적화 nam e votes Perso n vote votes votes votes 4 8 12 만약에 데이터가 뒤로만 추가된다면 더 최적화를 할 수 있습니 다. 모든 노드가 다 차있다면 처음과 마지막 인덱스만 있으면 됩 니다.
68. 추가적인 최적화 nam e votes Perso n vote votes votes votes 4 12 물론 이러한 꿈은 삽입과 삭제가 이뤄지면 물거품이 됩니다. 모든 노드가 다 차있다면 처음과 마지막 인덱스만 있으면 됩 니다.
69. 흥미로운가요?
70. 기회는 여러분에게 열려있습니다. “Realm은 오픈소스입니다.”
Realm Java https://github.com/realm/realm-java
Realm Objective C & Swift https://github.com/realm/realm-cocoa
Realm Xamarin https://github.com/realm/realm-dotnet
Realm Reactive Native & Node.js https://github.com/realm/realm-js
Realm Object Store 공통 모듈 https://github.com/realm/realm-object-store
Realm Core 핵심 엔진 https://github.com/realm/realm-core
71. Realm을 바로 사용하실 수 있습니다.
Realm Java 문서 https://realm.io/docs/java/latest/
Realm Swift 문서 https://realm.io/docs/swift/latest/
Realm Objective C 문서 https://realm.io/docs/objc/latest/
Realm React Native 문서 https://realm.io/docs/javascript/latest/
Realm Xamarin 문서 https://realm.io/docs/xamarin/latest/
72. 최신 모바일 기술은 Realm에서 https://realm.io
73. Thank you
...
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