Realm은 어떻게 효율적인 데이터베이스를 만들었나?

Realm은 어떻게 효율적인  
데이터베이스를 만들었나?
Leonardo YongUk Kim

Java team

Zero copy 
“최대한 복제를 미루는 것입니다.”

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.

public class City {
private long votes;
return name;
}
this.name = name;
}
return votes;
}
this.votes = votes;
}
}
ORM이나 JSON 파서가 채워줘야 해요.
ORM이나 JSON 파서가 채워줘야 해요.

public class City {
private long votes;
return name;
}
this.name = name;
}
return 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.

c.setName(name);
c.setVotes(votes);
/* invoke other setters */
results.add(c);
}
return results;
}
너가 뭘 쓸지 몰라서 다 준비했어요.
수화라고 번역합니다. 객체의 필드를 채우는 일입니다.

c.setName(String.valueOf(name));
c.setVotes(Integer.parseInt(votes));
results.add(c);
}
return results;
}
어쩌면 매번 변환이 필요할지 몰라Yo~!

public class City {
private long votes;
return name;
}
this.name = name;
}
return votes;
}
this.votes = votes;
}
}
만약에 사용자가 getName만 필요하면?
votes값의 변환과 설정은 필요없는 것 아닌가?

public class City {
private long votes;
private final int COLUMN_NAME = 0;
return (String) getRow().getSting(COLUMN_NAME);
}
getRow().setString(COLUMN_NAME, name);
}
return votes;
}
this.votes = votes;
}
}
row에서 해당 column만 이제 가져옵시다.
name을 채우지 맙시다.
row의 해당 column에 기록합니다.

보일러플레이트
public class City {
return name;
}
this.name = name;
}
}
public class City {
}
}
}
프로그래머에게 직관적인 코드

public class City {
return name;
}
this.name = name;
}
}
public class LazyCity {
}
}
}
프로그래머에게 비관적인 코드
꼭 이렇게 짜야하나요?

public class City extends RealmObject {
return name;
}
this.name = name;
}
}
public class CityRealmProxy extends City{
}
}
}
반복적인 작업은 기계에게 맡겨야 합니다.
생성된 클래스는 모두 RealmProxy가 붙습니다.Realm 객체는 RealmObject를 상속 받습니다.

반복적인 작업은 기계에게 맡겨야 합니다.

Man vs Code
City
CityRealmProxy
사용자의 원본 객체 (RealmObject)
기계가 생성한 객체 (RealmProxy)
어노테이션 프로세싱 툴 (APT)

Man vs Code
AbstractProcessor 
+process(annotations, roundEnv)
RealmProcessor
RealmObject
RealmProxy
RealmObject
RealmProxy
RealmObject
RealmProxy

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();

Man vs Code
 
 
당신은 용자
코드도 찍어내면 그만?
내가 코드를 짜는 건지 코드가 날 짜는 건지.
튜토리얼이 많은 애가 개발이 잘 안돼.
그래도 스퀘어가 제일 낫지 않나?

APT가 해법인가?
return name;
}
this.name = name;
}
}
public class CityRealmProxy extends City {
}
}
}

return name;
}
this.name = name;
}
}
}
}
}
 
name이란 필드에 대해 getName과 setName을 쓰지 않을까요?

return name;
}
this.name = name;
}
}
}
}
}
 
City의 getName은 어떤 부가 작업을 하고 있을까요?
City의 setName은 어떤 부가 작업을 하고 있을까요?

바이트 코드 뒤집기
City

name
CityRealmProxy
CityRealmProxyInterface 
 
+realmGet$name: String

+realmSet$name(name)
ZeroCopy관련 객체를 위한 인터페이스
name 필드에 접근하는 모든 코드 대신 realmGet$name과 realmSet$name이 호출되도록 변조합니다.
realmGet$name과 realmSet$name를 오버라이드해서 Zero copy 부분을 구현합니다.

public class CityRealmProxy extends City implements CityRealmProxyInterface {
public String realmGet$name() {
}
public void realmSet$Name(String name) {
}
}
내부용 게터와 세터는 RealmProxy 아래 생성됩니다.

public class City implements CityRealmProxyInterface {
return (String) realmGet$name();
}
realmSet$name(name);
}
return name;
}
this.name = name;
}
}
return name;
}
this.name = name;
}
}

public class City implements CityRealmProxyInterface {
public String name;
return name;
}
this.name = name;
}
}
public String name;
}
name 필드에 대한 접근은 모두 게터와 세터 호출로 변경됩니다.

City
CIty
사용자가 생성한 객체
바이트 코드 변조된 객체
Transformer

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.

중간 정도 난이도의 도구. Realm이 사용.

다른 DB도 Zero copy?
SQLite
시스템 적인 경계
Object
Object
Object
Object
Object
Object
ORM

SQLite
Object
Object
Object
Object
Object
Object
ORM
이 영역까지만 lazy하게 미룰 수 있음.

SQLite
Object
Object
Object
Object
Object
Object
ORM
경계를 넘어서 lazy한 처리는 어려움.

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;

@Override
person.setId(1);
person.setAge(14);
}
});
Realm 은 오프셋도 리미트도 없습니다.

@Override
person.setId(1);
person.setAge(14);
}
});
이 시점에서는 실제 데이터를 받아오지 않습니다.
실제 데이터를 가지고 있지 않기 때문에 특수한 리스트 구조를 가지고 있습니다.

@Override
person.setId(1);
person.setAge(14);
}
});
이 시점에 첫 번째 사람에 대한 메타 데이터만 가지고 옵니다.

@Override
person.setId(1);
person.setAge(14);
}
});
이 시점에 첫 번째 사람의 정보 중 name만 접근합니다.

조금 더 빨라지기 위해

for (Person person : people) {
}
객체의 전체 필드가 필요한 경우는 드뭅니다.

리프가 10번째 Row까지 가진다는 것을 의미
리프는 보통 연속된 Array
Row에 속한 모든 Column

인접한 데이터는 name이 아니다.

캐시 라인
캐시 히트 캐시 미스

캐시 라인

리프가 4번째 컬럼까지 가진다는 것을 의미
동질적인 데이터이기에 예측가능한 사이즈

Group (DB와 같은 개념)
Table
Column B-tree
Root

Root가 있는 이유?
Root
전체 Group을 하나의 스냅샷으로 인지.

현재 버전을 포인팅
Root
현재 버전
삭제될 과거 버전
Git, 현대적인 DBMS에서 사용.

Root
다른 사용자는 현재 버전에 Lock 없이 접근.
새 버전을 작성중.

Root
새로 작성된 버전으로 옮겨가는 것만 락이 필요합니다.
Root
다른 사용자는 여전히 이전 버전에 접근 중.
루트를 이동

프로그래머에게 직관적이지는 않습니다.

이전 버전을 읽을 가능성?

Root
다른 사용자는 현재 버전에 Lock 없이 접근.
새 버전을 작성중.

Person 객체 (Leonardo) 
v1
Person 객체 (Leonardo)

v1
v2
1. 스레드 A에서 Person 객체 업데이트.
2. 업데이트 내역이 전파.
v2
3. 스레드 B의 라이브 객체가 자동 업데이트.
3. 스레드 B의 객체의 리스너에게 모두 업데이트 내용을 통보.

추가적인 최적화
배열은 얼마나 많은 공간을 차지할까?
Root

votes가 최대 1인 경우Boolean 타입이 가장 효율적으로 저장됩니다.

최대 값이 2로 변경되었습니다.

최대 값이 5로 변경되었습니다.

Root
개별 노드는 3개의 배열을 사용합니다.
유연하지만 오버헤드가 있습니다.

만약에 데이터가 뒤로만 추가된다면 더 최적화를 할 수 있습니다.
모든 노드가 다 차있다면 처음과 마지막 인덱스만 있으면 됩니다.

물론 이러한 꿈은 삽입과 삭제가 이뤄지면 물거품이 됩니다.
모든 노드가 다 차있다면 처음과 마지막 인덱스만 있으면 됩니다.

기회는 여러분에게 열려있습니다.

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