【入門編】 MVCCガベージコレクション – Cloud Spanner

こんにちは！Cloud Spannerの世界へようこそ。
世界最高峰のインフラを支えるチーフアーキテクトの私ですが、今日は少し肩の力を抜いて、皆さんと一緒にCloud Spannerの核心に迫りたいと思います。

データベースの世界には「MVCC（多重バージョン同時実行制御）」という、少し呪文のような名前の技術があります。「難しそう…」と思いましたか？大丈夫です。ここをクリアすれば、Cloud Spannerの基本はバッチリマスターできますよ！

今日は、このMVCCが生み出す「古いデータ」をどう片付けているのか、その裏側の仕組み――ガベージコレクション（ゴミ掃除）について、日常の例えを交えながら優しく紐解いていきましょう。

—

難解な専門用語は脇に置いて、身近な例えから始めましょう。

想像してください。あなたは巨大な「図書館」の管理人です。
この図書館の本（データベースのデータ）は、日々書き換えられます。「昨日の売上データ」を「今日の最新の売上データ」に上書きするとき、普通の本なら消して書き直しますよね。

しかし、Cloud Spannerの「MVCC」という仕組みは違います。
データを書き換えるとき、古いページを破り捨てるのではなく、「過去のバージョンの本」をそのまま棚に残しておくのです。

なぜそんなことをするのでしょうか？
それは、「過去の時点のデータを見ながら作業したい人（例えば、昨日の売上集計をしている人）の邪魔をしないため」です。最新データを書き込んでいる裏側で、別の人が「昨日のデータ」を安全に読める。これがMVCCの魔法です。

—

ここで一つの問題が発生します。
過去の本をずっと残しておくとどうなるでしょうか？そう、図書館の倉庫が古い本であふれかえってしまいます。

Cloud Spannerは、世界中の膨大なデータをミリ秒単位で処理するモンスターマシンです。もし古いデータを永遠に保存していたら、すぐにハードディスクがいっぱいになり、検索スピードも落ちてしまいます。

「じゃあ、古い本はいつ捨てればいいの？」
「誰が片付けるの？」

ここで登場するのが、今回の主役である「MVCCガベージコレクション（バックグラウンドで行われるお掃除プロセス）」です。

—

Cloud Spannerのガベージコレクション（GC）は、人間が手動で「掃除してください」と言わなくても、データベース自身が勝手に裏で動き回って片付けをしてくれる自律型のシステムです。

イメージとしては、夜中の閉館後にこっそり現れる「超優秀なお掃除ロボット」です。

このロボットは、次のようなルールで働いています：

1. 「もう誰も読んでいない本」だけを正確に見つける
「この古いページ、もう誰も参照していないな（＝設定された過去の時間を過ぎたな）」というデータだけをピンポイントで見つけ出します。現在進行形で誰かが読んでいる過去のデータには、絶対に手出しをしません。安全第一です。

2. 静かに、少しずつ片付ける
お掃除ロボットは、私たちが普段使う表玄関（データの読み書きをする場所）の邪魔にならないよう、裏の倉庫（ストレージ層）でひっそりと作業をします。そのため、データベース全体のパフォーマンスを落とすことがありません。

3. 物理的に消去する
不要だと判断された古いバージョンのデータは、ディスクの奥底から綺麗さっぱり消し去られ、新しいデータを迎えるためのスペースが生まれます。

—

このお掃除ロボットが「いつ掃除を始めるか」の基準になるのが、Cloud Spannerにおける「古いデータを保持する期間（最大1時間）」です。

Cloud Spannerでは、デフォルトでおよそ1時間前までの過去データであれば、タイムトラベルするように自由に取り出すことができます（Stale Readと呼ばれます）。

つまり、お掃除ロボットの基本姿勢はこうです：
> 「過去1時間以内のデータは、いつ誰が必要とするか分からないから大切にとっておくよ。でも、1時間より前の古いデータは、もう誰も使わないから処分するね！」

この仕組みがあるおかげで、開発者は「うっかり古いデータを残しすぎてディスクがパンクした！」という恐怖から解放されるのです。

—

いかがでしたでしょうか？

私たちが普段、Cloud Spannerを使っていて「ディスク容量の管理」や「古いデータの掃除」を意識しなくていいのは、この裏で静かに、しかし確実に働き続けるガベージコレクションのおかげなのです。

この「目に見えないところでシステムが自律して美しく保たれている」という点に、Cloud Spannerの本当の凄さ（アーキテクチャの美しさ）があります。

ここを理解できれば、あなたもう立派なCloud Spanner使いです！
明日からの設計や運用が、少し違った視点で見えるようになるはずですよ。それではまた、次の深淵な世界でお会いしましょう。