Firebase Firestore: چیست، NoSQL و چگونه کار می‌کند

Firebase Firestore چیست؟

Firebase Firestore یک پایگاه داده NoSQL انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر است که توسط Google در سال 2019 به عنوان تکامل Firebase Realtime Database راه‌اندازی شد. داده‌ها را به صورت مجموعه‌هایی از اسناد ذخیره می‌کند، جایی که هر سند شامل مجموعه‌ای از جفت‌های کلید-مقدار است. برخلاف پایگاه‌های داده رابطه‌ای سنتی، Firestore به طرح از پیش تعریف‌شده نیاز ندارد — ساختار داده بر اساس اسناد نوشته‌شده به صورت پویا شکل می‌گیرد.

تفاوت کلیدی Firestore با پایگاه‌های داده ابری کلاسیک، همگام‌سازی داخلی بلادرنگ است. وقتی داده‌ها در سرور تغییر می‌کنند، همه کلاینت‌های متصل از طریق اتصال دائمی WebSocket به‌روزرسانی دریافت می‌کنند. این کار نیاز به پرس‌وجوی دستی سرور را از بین می‌برد و امکان ساخت برنامه‌هایی با به‌روزرسانی زنده را فراهم می‌کند: چت‌ها، فیدهای فعالیت، ویرایشگرهای مشترک و سیستم‌های نظارت.

این پایگاه داده در تمام پلتفرم‌های اصلی در دسترس است: Android، iOS، Web (JavaScript) و زبان‌های سمت سرور از طریق Admin SDK. Firestore SDK را برای Swift، Kotlin، JavaScript، Python، Go، Java و Node.js ارائه می‌دهد. بر اساس داده‌های Google، Firestore روزانه بیش از 100 میلیارد درخواست را در سراسر اکوسیستم Firebase پردازش می‌کند که قابلیت اطمینان آن را به عنوان پایه برنامه‌های تولیدی تأیید می‌کند.

مفاهیم اصلی: مجموعه‌ها و اسناد

در Firestore داده‌ها در ساختاری سلسله‌مراتبی سازماندهی می‌شوند. مجموعه ظرفی از اسناد است، مشابه جدول در SQL، اما بدون طرح ثابت. سند یک رکورد حاوی فیلدهایی از انواع مختلف است: رشته‌ها، اعداد، مقادیر بولی، آرایه‌ها، اشیاء تودرتو و نقاط جغرافیایی. اسناد می‌توانند دارای زیرمجموعه باشند که این امکان را فراهم می‌کند ساختارهای داده تودرتوی هر عمقی ساخته شوند.

val db = FirebaseFirestore.getInstance()

val user = hashMapOf(
    "name" to "آنا پتروا",
    "email" to "anna@example.com",
    "age" to 28,
    "isActive" to true
)

db.collection("users")
    .add(user)
    .addOnSuccessListener { docRef ->
        Log.d("TAG", "سند با ID اضافه شد: ${docRef.id}")
    }

هر سند در مجموعه یک شناسه منحصربه‌فرد دارد که می‌تواند به صورت خودکار تولید یا به صورت دستی تنظیم شود. Firestore به طور خودکار تمام فیلدهای سند را ایندکس می‌کند که امکان اجرای پرس‌وجوهای پیچیده با فیلتر، مرتب‌سازی و محدودیت تعداد نتایج را بدون پیکربندی قبلی ایندکس‌ها فراهم می‌کند.

مقایسه Firebase Firestore با Realtime Database

Firestore و Firebase Realtime Database دو پایگاه داده ابری بلادرنگ از Google هستند. اگرچه هر دو همگام‌سازی بلادرنگ را فراهم می‌کنند، تفاوت‌های اساسی در مدل داده، مقیاس‌پذیری و قیمت‌گذاری دارند. درک این تفاوت‌ها برای انتخاب پایگاه داده مناسب برای یک پروژه خاص بسیار مهم است.

تفاوت معماری اصلی مدل داده است. Realtime Database همه چیز را در یک درخت JSON بزرگ ذخیره می‌کند که پرس‌وجوهای با تودرتویی عمیق را دشوار می‌کند. Firestore از مجموعه‌ها و اسناد استفاده می‌کند که امکان اجرای پرس‌وجوهای پیچیده با چندین شرط را فراهم می‌کند. علاوه بر این، Firestore سازگاری قوی داده را تضمین می‌کند: پس از نوشتن موفق، تمام خواندن‌های بعدی داده‌های به‌روز را برمی‌گردانند.

مقیاس‌پذیری و ساختار داده

Firestore به لطف معماری چندمنطقه‌ای به طور خودکار تا میلیون‌ها اتصال همزمان مقیاس‌پذیر است. Realtime Database به یک منطقه و حداکثر 200‬000 اتصال همزمان محدود است. برای پروژه‌هایی که مخاطب جهانی برنامه‌ریزی می‌کنند، Firestore ترجیح داده می‌شود زیرا داده‌ها به طور خودکار بین چندین مرکز داده Google تکرار می‌شوند.

ساختار داده در Firestore امکان ساخت مدل‌های سلسله‌مراتبی پیچیده با زیرمجموعه‌ها را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، یک کاربر می‌تواند زیرمجموعه «سفارشات» داشته باشد و هر سفارش زیرمجموعه «محصولات». در Realtime Database چنین تودرتویی عمیق منجر به مشکلات عملکرد در پرس‌وجوها می‌شود، زیرا کل مسیر از ریشه تا گره مورد نظر بارگذاری می‌شود.

همگام‌سازی داده‌ها در Firestore چگونه کار می‌کند

Firestore از اتصال دائمی WebSocket بین کلاینت و سرور برای همگام‌سازی داده‌ها در زمان واقعی استفاده می‌کند. وقتی برنامه از طریق snapshot listener تغییرات سند یا مجموعه را دنبال می‌کند، SDK یک کانال ارتباطی برقرار می‌کند که از طریق آن سرور با هر تغییر داده به‌روزرسانی ارسال می‌کند. کلاینت فقط اسناد تغییر یافته را دریافت می‌کند، نه کل مجموعه را هر بار.

مکانیسم همگام‌سازی بر اساس جریان رویدادها است: added (سند ظاهر شد)، modified (سند تغییر کرد) و removed (سند حذف شد). توسعه‌دهنده می‌تواند هر رویداد را جداگانه پردازش کند و فقط عناصر رابط کاربری مربوطه را به‌روزرسانی کند. این عملکرد بالا را حتی با هزاران سند تضمین می‌کند، زیرا فقط مؤلفه‌های تغییر یافته دوباره ترسیم می‌شوند.

دسترسی آفلاین و ذخیره‌سازی موقت

یکی از مزایای کلیدی Firestore پشتیبانی داخلی از حالت آفلاین است. SDK به طور خودکار تمام داده‌های خوانده شده را در دستگاه ذخیره می‌کند و در غیاب شبکه به کار ادامه می‌دهد. وقتی برنامه در حالت آفلاین داده می‌نویسد، آنها در صف محلی قرار می‌گیرند و پس از بازیابی اتصال به سرور ارسال می‌شوند. برای حل تعارضات از استراتژی last-write-wins استفاده می‌شود.

val docRef = db.collection("cities").document("SF")

docRef.addSnapshotListener { snapshot, error ->
    if (error != null) {
        Log.w("TAG", "خطای گوش‌دادن", error)
        return@addSnapshotListener
    }

    if (snapshot != null && snapshot.exists()) {
        Log.d("TAG", "داده‌های فعلی: ${snapshot.data}")
    }
}

اندازه حافظه پنهان را می‌توان از طریق FirestoreSettings تنظیم کرد. به طور پیش‌فرض از مقدار 100 MB استفاده می‌شود، اما برای برنامه‌هایی با خواندن فشرده داده می‌توان آن را افزایش داد. همچنین حالت persistent disk cache در دسترس است که از راه‌اندازی مجدد برنامه باقی می‌ماند. برای مدیریت دسترسی به حالت آفلاین از متدهای enableNetwork و disableNetwork استفاده می‌شود که امکان غیرفعال کردن موقت ارتباط شبکه را فراهم می‌کنند.

امنیت و قوانین دسترسی Firestore

Firestore Security Rules یک زبان نشانه‌گذاری اعلامی برای کنترل دسترسی به داده‌ها در سطح سرور است. قوانین تعیین می‌کنند چه کسی و تحت چه شرایطی می‌تواند اسناد را بخواند و بنویسد. آنها قبل از اجرای درخواست کار می‌کنند و برای مجوزدهی به منطق سرور جداگانه نیاز ندارند. قوانین قبل از هر خواندن یا نوشتن داده توسط Firebase بررسی می‌شوند.

قوانین دسترسی بر اساس اصل دسترسی مجاز (allow) ساخته می‌شوند. به طور پیش‌فرض تمام دسترسی‌ها ممنوع است. توسعه‌دهنده به صورت مرحله‌ای برای عملیات خاص (read, write, create, update, delete) تحت شرایط مشخص دسترسی باز می‌کند. شرایط می‌توانند احراز هویت کاربر را از طریق request.auth، داده‌های درخواست را از طریق request.resource و داده‌های موجود را از طریق resource بررسی کنند.

// قوانین دسترسی Firestore
rules_version = '2';
service cloud.firestore {
  match /databases/{database}/documents {
    // کاربر فقط داده‌های خود را می‌خواند و می‌نویسد
    match /users/{userId} {
      allow read, write: if
          request.auth != null &&
          request.auth.uid == userId;
    }

    // هر کاربر احراز هویت شده می‌تواند پست‌ها را بخواند
    match /posts/{postId} {
      allow read: if request.auth != null;
      allow create: if request.auth != null
          && request.resource.data.author == request.auth.uid;
    }
  }
}

اعتبارسنجی داده‌ها از طریق قوانین

علاوه بر کنترل دسترسی، Security Rules امکان اعتبارسنجی ساختار و انواع داده‌های نوشته شده را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، می‌توان بررسی کرد که فیلد ایمیل با عبارت منظم مطابقت دارد یا سن از 120 سال تجاوز نمی‌کند. اعتبارسنجی قبل از نوشتن انجام می‌شود که از ذخیره داده‌های نادرست در سرور جلوگیری می‌کند. برای بررسی فیلدها از شی request.resource.data استفاده می‌شود که شامل کل سند در حال نوشتن است.

Firestore همچنین از مجموعه‌هایی پشتیبانی می‌کند که فقط برای نوشتن سرور از طریق Admin SDK و بدون دسترسی از سمت کلاینت در دسترس هستند. این برای ذخیره اطلاعات سرویس، کلیدهای API و تنظیماتی که نباید برای کاربران قابل مشاهده باشند مناسب است. برای این کار کافی است در قوانین تمام عملیات کلاینت در مجموعه‌های مربوطه ممنوع شود و فقط از طریق Admin SDK در سمت سرور دسترسی مجاز شود.

مثال استفاده از Firebase Firestore در Android

بیایید مثال یکپارچه‌سازی Firestore در برنامه Android برای ایجاد لیست کارها (todo) را بررسی کنیم. برنامه کارها را در زمان واقعی می‌خواند، موارد جدید اضافه می‌کند و موارد انجام شده را علامت می‌زند. برای کار ناهمزمان از رابط‌های callback Firebase و کوروتین‌های Kotlin استفاده می‌شود.

تنظیم Firebase و افزودن وابستگی‌ها

قبل از شروع کار باید پروژه را از طریق Firebase Console به Firebase متصل کرده و فایل google-services.json را به ماژول برنامه اضافه کنید. سپس در build.gradle وابستگی firebase-firestore-ktx و پلاگین google-services اضافه می‌شود. نسخه کتابخانه باید با نسخه جاری BoM Firebase برای سازگاری همه مؤلفه‌های Firebase مطابقت داشته باشد.

dependencies {
    // Firebase BoM — مدیریت نسخه
    implementation platform("com.google.firebase:firebase-bom:33.0.0")
    implementation "com.google.firebase:firebase-firestore-ktx"
    implementation "org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-play-services:1.9.0"
}

پس از پیکربندی، مدل داده Task و مخزن برای کار با Firestore ایجاد می‌شود. مدل شامل فیلدهای id، title، isCompleted و timestamp است. Firestore به طور خودکار data class را به سند تبدیل می‌کند و از نام فیلدها به عنوان کلید استفاده می‌کند. برای خواندن داده‌ها از snapshot listener استفاده می‌شود که از طریق افزونه snapshotFlow یک Flow برمی‌گرداند.

data class Task(
    val id: String = "",
    val title: String = "",
    val isCompleted: Boolean = false,
    val createdAt: Timestamp? = null
)

class TaskRepository {
    private val tasksRef = FirebaseFirestore
        .getInstance()
        .collection("tasks")

    fun getTasks(): Flow<List<Task>> = tasksRef
        .orderBy("createdAt", Query.Direction.DESCENDING)
        .snapshotFlow()
        .map { snapshot ->
            snapshot?.toObjects(Task::class.java) ?: emptyList()
        }

    suspend fun addTask(title: String) {
        tasksRef.add(Task(title = title))
    }
}

View-model در Flow از مخزن مشترک می‌شود و لیست کارها را به لایه رابط کاربری ارسال می‌کند. هنگام افزودن کار جدید، تابع suspend مخزن از طریق scope کوروتین فراخوانی می‌شود. Firestore به طور خودکار تغییرات را بین همه کلاینت‌ها همگام‌سازی می‌کند: اگر یک کاربر کاری را اضافه کند، سایرین آن را در زمان واقعی بدون بارگذاری مجدد صفحه می‌بینند.