Tipos de índices de Cloud Firestore

Los índices son un factor importante del rendimiento de las bases de datos. Al igual que el índice de un libro que indica en qué página se encuentra cada tema, el índice de una base de datos se encarga de ordenar todos los elementos en su ubicación respectiva. Cuando realizas una consulta en una base de datos, esta puede usar un índice para identificar rápidamente las ubicaciones de los artículos que solicitaste.

En esta página, se describen los dos tipos de índices que usa Cloud Firestore: los de campo único y los compuestos.

Definición y estructura de los índices

Un índice se define en una lista de campos de un documento determinado, con un modo de índice correspondiente para cada campo.

Un índice contiene una entrada para cada campo nombrado en la definición del índice. El índice incluye todos los documentos que son los posibles resultados de las consultas basadas en el índice. Un documento solo se incluye en el índice si tiene un valor indexado configurado para cada campo utilizado en el índice. Si la definición del índice hace referencia a un campo para el cual el documento no tiene un valor establecido, ese documento no aparecerá en el índice. En este caso, nunca se mostrará el documento como resultado de ninguna consulta basada en el índice.

El índice compuesto se ordena por los valores de campo, en el orden especificado en la definición del índice.

Un índice para cada consulta

Si se hace una consulta sin índice, la mayoría de las bases de datos rastreará su contenido elemento por elemento. Este proceso es muy lento y empeora a medida que aumenta el tamaño de la base de datos. Cloud Firestore garantiza un alto rendimiento, ya que usa índices en todas las consultas. Por lo tanto, el rendimiento de las consultas depende del tamaño del conjunto de resultados y no de la cantidad de elementos que se encuentran en la base de datos.

Dedica menos tiempo a la administración de índices y más al desarrollo de apps

Cloud Firestore incluye funciones que reducen el tiempo que necesitas dedicar a la administración de índices. Los índices necesarios para las consultas más básicas se crean automáticamente para ti. A medida que usas y pruebas tu app, Cloud Firestore te ayudará a identificar y crear los índices adicionales que la app necesita.

Tipos de índices

Cloud Firestore usa dos tipos de índices: los de campo único y los compuestos. Además de la cantidad de campos indexados, los índices de campo único y compuestos se administran de manera distinta.

Índices de campo único

Un índice de campo único almacena el orden de todos los documentos en una colección con un campo específico. Todas las entradas de un índice de campo único registran el valor de un documento en un campo específico y su ubicación en la base de datos. Cloud Firestore usa estos índices para realizar muchas consultas básicas. Para administrar los índices de campo único, puedes configurar la indexación automática de tu base de datos y las exenciones de índices.

Indexación automática

Según la configuración predeterminada, Cloud Firestore mantiene automáticamente un índice de campo único para cada campo de un documento y cada subcampo de un mapa. Cloud Firestore usa la siguiente configuración predeterminada para los índices de campo único:

• En los campos que no son de array ni de mapa, Cloud Firestore define dos índices de campo único con alcance de colección: uno en modo ascendente y otro en modo descendente.

• Para cada campo de mapa, Cloud Firestore crea lo siguiente:

  • Un índice ascendente con alcance de colección para cada subcampo que no sea de mapa ni de array.
  • Un índice descendente de alcance de colección para cada subcampo que no sea de mapa ni de array.
  • Un índice de contenido de array con alcance de colección para cada subcampo de array
  • Cloud Firestore indexa recursivamente cada subcampo de mapa.

• En cada campo de array de un documento, Cloud Firestore crea y mantiene un índice de contenido de array con alcance de colección.

• Según la configuración predeterminada, no se mantienen los índices de campo único con alcance del grupo de colección.

Exenciones de índices de campo único

Para eximir un campo de tu configuración de indexación automática, crea una exención del índice de campo único. Esta opción anula la configuración de índice automático de la base de datos. Una exención puede habilitar un índice de campo único que, de lo contrario, se inhabilitaría por tu configuración de indexación automática, o viceversa. Consulta las prácticas recomendadas de indexación para saber en qué casos podrían ser útiles las exenciones.

Usa el valor de ruta del campo * para agregar exenciones de índices a nivel de colección en todos los campos de un grupo de colecciones. Por ejemplo, para el grupo de colecciones comments, establece la ruta de acceso del campo en * a fin de que coincida con todos los campos del grupo de colecciones comments y, luego, inhabilita la indexación de todos los campos del grupo de colecciones. Luego, puedes agregar exenciones a fin de indexar solo los campos obligatorios para tus consultas. Reducir la cantidad de campos indexados reduce los costos de almacenamiento y puede mejorar el rendimiento de la escritura.

Si creas una exención de un índice de campo único para un campo de mapa, sus subcampos heredarán esta configuración. Sin embargo, puedes definir exenciones de índices de campo único para subcampos específicos. Si borras la exención de un subcampo, este heredará la configuración de la exención principal (si tienes una) o, de lo contrario, heredará la de la base de datos.

Para crear y administrar exenciones de índice de campo único, consulta Administra los índices.

Índices compuestos

Un índice compuesto almacena el orden de todos los documentos en una colección, según una lista ordenada de los campos que se indexarán.

Cloud Firestore usa índices compuestos para admitir consultas que no se pueden realizar en un índice de campo único.

Cloud Firestore no crea automáticamente los índices compuestos, como sí lo hace con los de campo único, debido a la gran cantidad de combinaciones posibles de los campos. En lugar de eso, Cloud Firestore te ayuda a identificar y crear los índices compuestos necesarios mientras compilas tu app.

Cada vez que intentes realizar una consulta no compatible con un índice, Cloud Firestore muestra un mensaje de error con un vínculo que puedes seguir para crear el índice que falta.

También puedes definir y administrar los índices compuestos de forma manual con la consola o Firebase CLI. Para obtener más información sobre cómo crear y administrar índices compuestos, consulta este artículo.

Modos de índice y permisos de las consultas

Los índices de campo único y los compuestos se configuran de manera distinta, pero ambos requieren que ajustes los modos de índice y alcances de las consultas.

Modos de índice

Cuando se define un índice, se selecciona un modo de índice para cada campo indexado. El modo de índice de cada campo admite cláusulas específicas de consultas en ese campo. Puedes seleccionar las siguientes opciones:

Permisos de las consultas

Cada índice se limita a una colección o a un grupo de colecciones. Esto se conoce como el alcance de la consulta del índice:

Alcance de la colección

Según la configuración predeterminada, Cloud Firestore crea índices con alcance de colección. Estos índices admiten consultas que muestran resultados de una sola colección.

Alcance del grupo de colecciones

Un grupo de colecciones incluye todas las colecciones con el mismo ID. Para ejecutar una consulta del grupo de colecciones que muestre resultados ordenados o filtrados de un grupo de colecciones, debes crear un índice correspondiente con el alcance del grupo de colecciones.

Orden predeterminado y campo __name__

Además de ordenar los documentos según los modos de índice especificados para cada campo (ascendente o descendente), los índices aplican un ordenamiento final por el campo __name__ de cada documento. El valor del campo __name__ se establece en la ruta de acceso completa del documento. Esto significa que los documentos en el conjunto de resultados con los mismos valores de campo se ordenan por su ruta de acceso.

De forma predeterminada, el campo __name__ se ordena en la misma dirección del último campo ordenado de la definición del índice. Por ejemplo:

Para ordenar los resultados según la dirección __name__ no predeterminada, tienes que crear ese índice.

Propiedades del índice

Un índice que permite que la consulta se ejecute de la manera más eficiente se define con las siguientes propiedades:

• Campos usados en los filtros de igualdad
• Campos usados en órdenes de clasificación
• Campos usados en el rango y filtros de desigualdad (que aún no están incluidos en los órdenes de clasificación)
• Campos usados en agregaciones (que aún no están incluidos en órdenes de clasificación ni en filtros de rango y desigualdad)

Cloud Firestore calcula los resultados de las consultas de la siguiente manera:

1. Identifica el índice correspondiente a la colección, las propiedades de filtro, los operadores de filtro y los órdenes de clasificación de la consulta.
2. Identifica la posición del índice desde la que comienza el análisis. La posición de inicio tiene el prefijo de los filtros de igualdad de la consulta y termina con los filtros de rango y desigualdad del primer campo orderBy.
3. Comienza a analizar el índice y muestra cada documento que satisface todos los filtros hasta que el proceso de análisis realice una de las siguientes acciones:
   • Encuentra un documento que no cumple con las condiciones del filtro y confirma que cualquier documento posterior nunca cumplirá por completo las condiciones del filtro.
   • Llega al final del índice.
   • Recopila la cantidad máxima de resultados que solicita la consulta.

Ejemplo de indexación

Cloud Firestore crea los índices de campo único de forma automática, lo que permite que tu aplicación admita rápidamente los tipos de consultas de base de datos más básicos. Los índices de campo único te permiten ejecutar consultas simples basadas en los valores de campo y los comparadores <, <=, ==, >=, > y in. En los campos de array, te permiten ejecutar consultas de array-contains y array-contains-any.

A modo de referencia, consulta los siguientes ejemplos desde la perspectiva de la creación de índices. En el siguiente ejemplo, se crean algunos documentos de city en una colección de cities y se configuran los campos name, state, country, capital, population y tags para cada documento:

var citiesRef = db.collection("cities");

citiesRef.doc("SF").set({
    name: "San Francisco", state: "CA", country: "USA",
    capital: false, population: 860000,
    regions: ["west_coast", "norcal"] });
citiesRef.doc("LA").set({
    name: "Los Angeles", state: "CA", country: "USA",
    capital: false, population: 3900000,
    regions: ["west_coast", "socal"] });
citiesRef.doc("DC").set({
    name: "Washington, D.C.", state: null, country: "USA",
    capital: true, population: 680000,
    regions: ["east_coast"] });
citiesRef.doc("TOK").set({
    name: "Tokyo", state: null, country: "Japan",
    capital: true, population: 9000000,
    regions: ["kanto", "honshu"] });
citiesRef.doc("BJ").set({
    name: "Beijing", state: null, country: "China",
    capital: true, population: 21500000,
    regions: ["jingjinji", "hebei"] });
test.firestore.js

Suponiendo que se tiene la configuración de indexación automática predeterminada, Cloud Firestore actualiza un índice de campo único ascendente y uno descendente por cada campo que no sea de array y un índice de campo único con contenido del array para el campo del array. Cada fila de la siguiente tabla representa una entrada en un índice de campo único:

Consultas compatibles con los índices de campo único

Puedes usar estos índices de campo único creados automáticamente para ejecutar consultas simples, como esta:

const stateQuery = citiesRef.where("state", "==", "CA");
const populationQuery = citiesRef.where("population", "<", 100000);
const nameQuery = citiesRef.where("name", ">=", "San Francisco");
test.firestore.js

También puedes crear consultas in y de igualdad compuesta (==):

citiesRef.where('country', 'in', ["USA", "Japan", "China"])

// Compound equality queries
citiesRef.where("state", "==", "CO").where("name", "==", "Denver")
citiesRef.where("country", "==", "USA")
         .where("capital", "==", false)
         .where("state", "==", "CA")
         .where("population", "==", 860000)

Si necesitas ejecutar una consulta compuesta que use una comparación de rangos (<, <=, > o >=) o necesitas ordenar según otro campo, debes crear un índice compuesto para la consulta.

El índice de array-contains te permite realizar una consulta en el campo de array regions:

citiesRef.where("regions", "array-contains", "west_coast")
// array-contains-any and array-contains use the same indexes
citiesRef.where("regions", "array-contains-any", ["west_coast", "east_coast"])

Consultas compatibles con los índices compuestos

Cloud Firestore usa índices compuestos para admitir consultas compuestas que no se pueden realizar en un índice de campo único. Por ejemplo, debes tener un índice compuesto para realizar las siguientes consultas:

citiesRef.where("country", "==", "USA").orderBy("population", "asc")
citiesRef.where("country", "==", "USA").where("population", "<", 3800000)
citiesRef.where("country", "==", "USA").where("population", ">", 690000)
// in and == clauses use the same index
citiesRef.where("country", "in", ["USA", "Japan", "China"])
         .where("population", ">", 690000)

Estas requieren el índice compuesto que se indica a continuación. Dado que la consulta utiliza una igualdad (== o in) para el campo country, puedes usar un modo de índice ascendente o descendente para este campo. Según la configuración predeterminada, las cláusulas con desigualdad aplicarán un orden ascendente según el campo que se indique en la cláusula.

Para ejecutar las mismas consultas, pero en orden descendente, necesitas otro índice compuesto en orden descendente para el valor population:

citiesRef.where("country", "==", "USA").orderBy("population", "desc")

citiesRef.where("country", "==", "USA")
         .where("population", "<", 3800000)
         .orderBy("population", "desc")

citiesRef.where("country", "==", "USA")
         .where("population", ">", 690000)
         .orderBy("population", "desc")

citiesRef.where("country", "in", ["USA", "Japan", "China"])
         .where("population", ">", 690000)
         .orderBy("population", "desc")

Para evitar pérdidas de rendimiento a causa de la combinación de índices, te recomendamos crear un índice compuesto para combinar una consulta array-contains o array-contains-any con cláusulas adicionales:

citiesRef.where("regions", "array-contains", "east_coast")
         .where("capital", "==", true)

// array-contains-any and array-contains use the same index
citiesRef.where("regions", "array-contains-any", ["west_coast", "east_coast"])
         .where("capital", "==", true)

Consultas compatibles con los índices del grupo de colecciones

Para demostrar un índice con alcance del grupo de colecciones, agrega una subcolección landmarks en algunos de los documentos de city:

var citiesRef = db.collection("cities");

citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").doc().set({
    name: "Golden Gate Bridge",
    category : "bridge" });
citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").doc().set({
    name: "Golden Gate Park",
    category : "park" });

citiesRef.doc("DC").collection("landmarks").doc().set({
    name: "National Gallery of Art",
    category : "museum" });
citiesRef.doc("DC").collection("landmarks").doc().set({
    name: "National Mall",
    category : "park" });

Si usas el siguiente índice de campo único con alcance de colección, puedes consultar la colección landmarks de una sola ciudad según el campo category:

citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").where("category", "==", "park")
citiesRef.doc("SF").collection("landmarks").where("category", "in", ["park", "museum"])

Si quieres consultar los puntos de referencia de todas las ciudades, por ejemplo, ejecuta esta consulta en el grupo de colecciones que consta de todas las colecciones de landmarks. También debes habilitar un índice de campo único landmarks con alcance del grupo de colecciones:

Con este índice habilitado, puedes consultar el grupo de colecciones landmarks:

var landmarksGroupRef = db.collectionGroup("landmarks");

landmarksGroupRef.where("category", "==", "park")
landmarksGroupRef.where("category", "in", ["park", "museum"])

Para realizar una consulta en un grupo de colección que muestre resultados ordenados o filtrados, debes habilitar un índice de campo único o compuesto correspondiente con el alcance del grupo de colección. Sin embargo, las consultas que no ordenan ni filtran los comentarios, no requieren definiciones adicionales del índice.

Por ejemplo, puedes ejecutar la siguiente consulta en el grupo de colección sin habilitar un índice adicional:

db.collectionGroup("landmarks").get()

Entradas de índice

Los índices configurados de tu proyecto y la estructura de un documento determinan la cantidad de entradas de índice de un documento. Las entradas de índice se consideran en el límite de recuento de entradas de índice.

En el siguiente ejemplo, se muestran las entradas de índice de un documento.

Documento

/cities/SF

city_name : "San Francisco"
temperatures : {summer: 67, winter: 55}
neighborhoods : ["Mission", "Downtown", "Marina"]

Índices de campo único

• city_name ASC
• city_name DESC
• temperatures.summer ASC
• temperatures.summer DESC
• temperatures.winter ASC
• temperatures.winter DESC
• neighborhoods Array Contains (ASC y DESC)

Índices compuestos

• city_name ASC, neighborhoods ARRAY
• city_name DESC, neighborhoods ARRAY

Entradas de índice

Esta configuración de indexación da como resultado las siguientes entradas de índice para el documento:

Índices y precios

Los índices contribuyen a los costos de almacenamiento de tu aplicación. Para obtener más información sobre cómo calcular el tamaño de almacenamiento de los índices, consulta Tamaño de una entrada del índice.

Usa la combinación de índices

Aunque Cloud Firestore usa un índice para cada consulta, no requiere necesariamente un índice por cada consulta. En el caso de las consultas con varias cláusulas de igualdad (==) y, de forma opcional, una cláusula orderBy, Cloud Firestore puede volver a usar los índices existentes. Cloud Firestore puede combinar los índices con filtros de igualdad simples a fin de crear los índices compuestos necesarios para realizar consultas con más cláusulas de igualdad.

Puedes reducir los costos de indexación si identificas situaciones en las que puedes usar la combinación de índices. Por ejemplo, en una colección de restaurants en una app de calificación de restaurantes:

• collections_bookmark restaurants

  • class burgerthyme

    name : "Burger Thyme"
category : "burgers"
city : "San Francisco"
editors_pick : true
star_rating : 4
    

Esta app usa consultas como las siguientes. La app usa cláusulas de combinaciones de igualdad para category, city y editors_pick, y siempre se organiza por star_rating en orden ascendente:

db.collection("restaurants").where("category", "==", "burgers")
                            .orderBy("star_rating")

db.collection("restaurants").where("city", "==", "San Francisco")
                            .orderBy("star_rating")

db.collection("restaurants").where("category", "==", "burgers")
                            .where("city", "==", "San Francisco")
                            .orderBy("star_rating")

db.collection("restaurants").where("category", "==", "burgers")
                            .where("city", "==" "San Francisco")
                            .where("editors_pick", "==", true )
                            .orderBy("star_rating")

Puedes crear un índice para cada consulta:

Una mejor opción es aprovechar la función de Cloud Firestore para combinar índices según cláusulas de igualdad a fin de reducir la cantidad de índices:

Este conjunto de índices no solo es más pequeño, sino que también admite una consulta adicional:

db.collection("restaurants").where("editors_pick", "==", true)
                            .orderBy("star_rating")

Límites de indexación

Los siguientes límites se aplican a los índices. Para obtener más información sobre las cuotas y los límites, consulta Cuotas y límites.

Recomendaciones sobre indexación

En la mayoría de las apps, puedes confiar en la indexación automática y en los vínculos de los mensajes de error para administrar tus índices. Sin embargo, es posible que quieras agregar exenciones de campo único en los siguientes casos:

Si estás usando consultas con operadores de desigualdad en varios campos, consulta lasconsideraciones de indexación que debes tener en cuenta para optimizar el rendimiento y costo de las consultas de Cloud Firestore

Para obtener más información para resolver los problemas de indexación (fanout de índices, errores INVALID_ARGUMENT), consulta la página de solución de problemas.