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# 在 DynamoDB 中使用全域次要索引寫入碎片，以進行選擇性資料表查詢。
<a name="bp-indexes-gsi-sharding"></a>

當需要在特定時間範圍內查詢最新資料時，DynamoDB 對大多數讀取作業必須提供分割區索引鍵的設計，可能會造成挑戰。為解決此情境，可使用寫入碎片與全域次要索引 (GSI) 的組合，實作高效查詢模式。

此方法可高效率地擷取並分析時間敏感資料，無需執行完整資料表掃描，避免資源消耗與高成本。透過策略性設計資料表結構與索引，可建立支援時間導向資料擷取的彈性解決方案，同時維持最佳效能。

**Topics**
+ [模式設計](#bp-indexes-gsi-sharding-pattern-design)
+ [碎片策略](#bp-indexes-gsi-sharding-strategy)
+ [查詢已分碎片的 GSI](#bp-indexes-gsi-querying-the-sharded-GSI)
+ [平行查詢執行注意事項](#bp-indexes-gsi-parallel-query-execution-considerations)
+ [程式碼範例](#bp-indexes-gsi-code-example)

## 模式設計
<a name="bp-indexes-gsi-sharding-pattern-design"></a>

使用 DynamoDB 時，可透過結合寫入碎片與全域次要索引的進階模式，在近期資料範圍內實現靈活且高效的查詢，以克服時間導向資料擷取挑戰。

**資料表結構**
+ 分割區索引鍵 (PK)："Username"

**GSI 結構**
+ GSI 分割區索引鍵 (PK\$1GSI)："ShardNumber\$1"
+ GSI 排序索引鍵 (SK\$1GSI): ISO 8601 時間戳記 (例如 "2030-04-01T12:00:00Z")

![\[時間序列資料設計模式\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_tw/amazondynamodb/latest/developerguide/images/BestPractices-44-TimeBoundedTable-2.png)


## 碎片策略
<a name="bp-indexes-gsi-sharding-strategy"></a>

假設使用 10 個碎片，碎片編號可設定為 0 至 9。記錄活動時，需計算碎片編號 (例如：以使用者 ID 經雜湊函數運算後取碎片數量的模數)，並將結果前置於 GSI 分割區索引鍵。此方法可將項目平均分佈至多個碎片，有效降低熱分割區風險。

## 查詢已分碎片的 GSI
<a name="bp-indexes-gsi-querying-the-sharded-GSI"></a>

在 DynamoDB 資料表中，若需在特定時間範圍內查詢分散於多個碎片的項目，必須採用與單一分割區查詢不同的方式。由於 DynamoDB 查詢操作一次僅支援單一分割區索引鍵，因此無法以單一查詢跨多個碎片。不過，可透過應用程式層邏輯執行多次查詢，每次針對特定碎片，並在彙總階段整合結果以達成目標。以下程序說明具體執行步驟。

**查詢與彙總碎片**

1. 識別碎片策略中使用的碎片編號範圍。例如，若設有 10 個碎片，則編號範圍為 0–9。

1. 針對每個碎片建構並執行查詢，以擷取目標時間範圍內的資料項目。可平行執行查詢以提升整體效能。查詢時，使用包含碎片編號的分割區索引鍵，並以時間範圍設定排序索引鍵。以下示範單一碎片的查詢範例：

   ```
   aws dynamodb query \
       --table-name "YourTableName" \
       --index-name "YourIndexName" \
       --key-condition-expression "PK_GSI = :pk_val AND SK_GSI BETWEEN :start_date AND :end_date" \
       --expression-attribute-values '{
           ":pk_val": {"S": "ShardNumber#0"},
           ":start_date": {"S": "2024-04-01"},
           ":end_date": {"S": "2024-04-30"}
       }'
   ```  
![\[單一碎片查詢範例。\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_tw/amazondynamodb/latest/developerguide/images/BestPractices-44-single-shard-example.png)

   可為各碎片重複此查詢，並依序調整分割區索引鍵 (例如："ShardNumber\$11"、"ShardNumber\$12" ... "ShardNumber\$19")。

1. 所有查詢完成後，彙總各碎片查詢結果。在應用程式程式碼中執行彙總，將各查詢結果合併成單一資料集，以呈現指定時間範圍內所有碎片項目。

## 平行查詢執行注意事項
<a name="bp-indexes-gsi-parallel-query-execution-considerations"></a>

每次查詢都會消耗資料表或索引的讀取容量單位。若使用預先佈建輸送量，請確保資料表具備足夠容量以應付多重平行查詢的尖峰負載。若您使用隨需容量，請留意可能產生的成本影響。

## 程式碼範例
<a name="bp-indexes-gsi-code-example"></a>

若要使用 Python 在 DynamoDB 中跨碎片執行平行查詢，您可使用 boto3 函式庫，它是適用於 Python 的 Amazon Web Services SDK。此範例假設您已安裝 boto3 並使用適當的 AWS 登入資料進行設定。

下列 Python 程式碼示範如何在指定時間範圍內，跨多個碎片執行平行查詢。程式使用 concurrent.futures 模組以平行方式執行查詢，相較於循序執行可縮短整體執行時期。

```
import boto3
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor, as_completed

# Initialize a DynamoDB client
dynamodb = boto3.client('dynamodb')

# Define your table name and the total number of shards
table_name = 'YourTableName'
total_shards = 10  # Example: 10 shards numbered 0 to 9
time_start = "2030-03-15T09:00:00Z"
time_end = "2030-03-15T10:00:00Z"

def query_shard(shard_number):
    """
    Query items in a specific shard for the given time range.
    """
    response = dynamodb.query(
        TableName=table_name,
        IndexName='YourGSIName',  # Replace with your GSI name
        KeyConditionExpression="PK_GSI = :pk_val AND SK_GSI BETWEEN :date_start AND :date_end",
        ExpressionAttributeValues={
            ":pk_val": {"S": f"ShardNumber#{shard_number}"},
            ":date_start": {"S": time_start},
            ":date_end": {"S": time_end},
        }
    )
    return response['Items']

# Use ThreadPoolExecutor to query across shards in parallel
with ThreadPoolExecutor(max_workers=total_shards) as executor:
    # Submit a future for each shard query
    futures = {executor.submit(query_shard, shard_number): shard_number for shard_number in range(total_shards)}
    
    # Collect and aggregate results from all shards
    all_items = []
    for future in as_completed(futures):
        shard_number = futures[future]
        try:
            shard_items = future.result()
            all_items.extend(shard_items)
            print(f"Shard {shard_number} returned {len(shard_items)} items")
        except Exception as exc:
            print(f"Shard {shard_number} generated an exception: {exc}")

# Process the aggregated results (e.g., sorting, filtering) as needed
# For example, simply printing the count of all retrieved items
print(f"Total items retrieved from all shards: {len(all_items)}")
```

執行此程式碼前，請確保以 DynamoDB 設定中的實際資料表名稱與 GSI 名稱取代 `YourTableName` 和 `YourGSIName`。此外，請依您的具體需求調整 `total_shards`、`time_start` 和 `time_end` 變數。

此指令碼會查詢各碎片中指定時間範圍內的項目，並彙總結果。