Firebase初探：实时数据库(1)

Firebase初探：实时数据库(1)

既然Firebase是做后端数据库起家的，那就自然少不了实时数据库这一块了
实时数据库，顾名思义，就是不需要客户端自己去轮询，而是每当监听的区域发生变动时，数据库都会通知客户端去更新，设备将会在毫秒级的时间内接收到数据更新
除此之外，考虑到写数据时遇到的无网络连接问题，Firebase的数据库API使用了本地缓存，使得在离线状态下也能保持读写不失败，并且会在网络恢复连接时和服务器进行同步
和常见的数据库服务器不同，Firebase使用JSON存储数据，这使得数据结构非常可观

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数据结构

如前面所说，Firebase使用了JSON树来存储数据，这使得数据结构更加可观，而且也不需要考虑数据类型
但是这也带来了一个问题。我们平时构造JSON数据，多层嵌套的写法是很常见的事，以社区留言记录举例：

"record" {
    "record1": {
        "title": "TITLE1"
        "content": "..."
        "writer": "S"
        "reply": {
            "reply1": {
                "sender": "S1",
                "content": "..."
            }
            "reply2": {
            ...
        }
    },
    "record2": {
    ...
}

对于该在线社区的首页来说，需要列举出各个留言的标题，但是对于多层嵌套的写法来说，就需要将整个record树下载下来了，这对于效率来说是很不利的
Firebase推荐使用平展数据结构，说白了就是将各个属性分开成不同的树来存放，一个表拆成多个表，也就是反规范化。上面的例子就可以这样写：

"record": {
    "record1": {
        "title": "TITLE1"
        "content": "..."
        "writer": "S"
    }
    "record2": {
    ...
}

"reply": {
    "record1": {
        "reply1": {
            "sender": "S1",
            "content": "..."
        }
        "reply2": {
        ...
    }
    "record2": {
    ...
}

这样就能保证读取时的效率了

还是存在反规范化不能解决的问题，例如双向关系，对于一个用户来说可以从属于一个群组，一个群组又包含了用户，这时可以使用索引来解决：

"user": {
    "u1": {
        groups: {
            "g1": true
            ...
        }
    }
    ...
}

"group": {
    "g1": {
        members: {
            "u1": true
            ...
        }
    }
}

也就是说，存在双向关系的两个元组，将对方的元素作为”索引“来使用。这样就使得在访问这样的数据时可以保证效率，当然这里就要牺牲了一点数据冗余度了

基本使用

进入控制台后，选择database，可以看到右侧窗口有“数据”，“规则”和“使用情况”三个选项卡，“数据”会对JSON树进行图形化显示，“使用情况”则是对数据库的带宽，存储空间，连接数和总发送字节进行统计。关键是“规则”选项，在这里，可以使用类似JavaScript的语法，对数据库的读写权限，数据规则和索引进行设置

Firebase数据库的规则主要分四种：

规则	说明
.read	允许用户读取数据的条件
.write	允许用户写入数据的条件
.validate	定义值的数据类型，格式等条件
.indexOn	定义加入索引的项

读写授权

数据库的默认rule是：

{
  "rules": {
    ".read": "auth != null",
    ".write": "auth != null"
  }
}

这里表示根节点读写的条件是认证不为空，说明需要身份验证才能获得权限（auth是规则的预定义变量，后面会讲到）
对应字符串中的逻辑计算结果决定了此节点下的读写权限
.read和.write是级联的，也就是说，父节点的读写权限直接决定子节点的读写权限，子节点的设置将被忽略

{
  "rules": {
      "father": {
          ".read": false
          "child": {
              ".read": true
          }
      }
  }
}

由于父节点禁止了读取，即使子节点允许读取，也是没有用的

数据验证

.validate将会对新写入的数据进行验证，验证通过的数据方可写入。因此.validate发挥作用需要.write为true，另外，因为.validate是检查新数据，因此常需要和newData变量搭配使用（newData是预定义常量，表示写入操作后应有的数据，包含新数据和未改动数据）

{
    rules: {
        age: {
            .validate: "newData.isNumber() && newData.val() >= 0"
        }
    }
}

有关上面的函数问题，下面会讲到，可以看出年龄要求写入的数据是数字，并且值的大小不小于0

.validate是不级联的，只要新数据的任意一个子节点不满足验证要求的话，数据就不能写入

预定义变量

为了方便引用数据，用户认证等信息，数据库规则提供了如下预定义变量

预定义变量	说明
now	从时间纪元起到当前时间的毫秒数
root	RuleDataSnapshot，当前操作所在路径的根目录
newData	RuleDataSnapshot，表示写入操作后应有的数据，包含新数据和未改动数据
data	RuleDataSnapshot，表示原先的数据
$variable	获得对应的节点名
auth	表示通过验证的用户身份

其中root，newData和data是RuleDataSnapshot类型，从名字可以看出，这些都是规则所用的数据快照，因此我们可以使用相关的一些函数获得其中的信息：

RuleDataSnapshot函数	说明
val()	读取明确的子节点内容，这要求需要先用child()定位到叶子节点，然后再用val()读取内容。直接对一块数据进行val()不会返回想要的“一块数据”
child()	返回参数所给的相对路径，所对应的节点的快照数据
parent()	返回当前节点的父节点，所对应的快照数据。如果父节点不存在，会导致这条规则直接失败
hasChild(path)	如果这个子节点存在返回true
hasChildren([children])	如果子节点列表都存在返回true
exists()	如果此数据快照中有数据则返回true
getPriority()	返回此数据快照中数据的优先级
isNumber()	如果其中的数据是数字，返回true
isString()	如果其中的数据是字符串，返回true
isBoolean()	如果其中的数据是布尔类型，返回true

另外还支持字符串函数和各种操作符，详情可参阅https://firebase.google.com/docs/reference/security/database/

$ 变量

使用$变量可以获得当前节点的名字的字符串，例如：

{
    "rules": {
        "students": {
            "$stu_id": {
                "name": {
                    ".write": "$stu_id.contains('sysu')" }
            }
        }
    }
}

上面的规则说明，对于修改一个学生的姓名，要求该学生的id中必须包含“sysu”。
需要注意的是：
1. 这条规则将会对students节点中的所有子节点有效
2. $变量所得到的都是字符串

auth

如果用户是经过身份认证的，那么auth变量将不会是null，auth的属性有：

属性	说明
provider	所使用的身份认证方法，passsword，anonymous，google，facebook，twitter或github
uid	用户ID

使用auth可以确保只有用户本人才能访问其信息：

{
    "rules": {
        "users": {
            "$user_id": {
                ".read": "$user_id === auth.uid"
                ".write": "$user_id === auth.uid"
            }
        }
    }
}

索引

使用.indexOn来规划索引，索引可以帮助提高检索性能：

{
    "rules": {
        "students": {
            "indexOn": ["name", "age"]
        }
    }
}

服务器设置了.indexOn规则后，客户端使用orderByValue()向服务器检索学生信息，就能获得更好的性能

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以上就是Firebase实时数据库在服务器方面的信息，可以看到，Firebase的后端服务器完全不需要开发者搭建，开发者只需要管理好数据结构以及相关规则即可。
在数据结构方面，对于Firebase所使用的JSON树结构，需要注意一下不要使用多层嵌套的写法，而是进行反规范化，虽然损失了冗余度，但对于性能提升来说是必要的。Firebase还支持JSON导入和导出，这也使得数据的转移非常方便。
在规则方面，Firebase使用了JavaScript的写法，设置起来也是相当方便的。