AWS - DynamoDB GSI VS LSI

DynamoDB GSI

DynamoDB Global Secondary Index(GSI) 在 DynamoDB 上為一張 Table 建立的 『跨分區、可獨立查詢鍵』索引，允許用不同的 Partition Key/Sort Key 查詢資料，並有自己儲存與吞吐特性(通常為 eventually consistent)

基本概念

• GSI 有自己的 Partition Key 與 Optional 的 Sort Key，可以與 DynamoDB Table 的不同
• GSI 儲存的是表中被投影(projected) 的屬性的一份副本(或不份副本)
• GSI 是跨分區的(global)，適合跨整個表做查詢，而不只局限於原主鍵的 partition

寫入與一致性行為

• 寫入到主表時，DynamoDB 會同時『異步』將變更資料複製到相關 GSI(因此 GSI 查詢通常是 eventually consistent)
• 這代表：剛寫入主表後立即查 GSI 可能看不到最新資料
• 使用 DynamoDB Transactions(TransactWrite) 可保證多項目一致性，交易也會處理 GSI 的更新(交易內的各項變更原子套用)
• 如果項目在 GSI Index Key 屬性為 null -> 該項目 **不會寫入該 GSI(形成 sparse index，可用於解省空間或特定過濾)**。

投影(Projection Types)

• KEYS_ONLY: 只儲存主鍵與 GSI Key(最省空間)
• INCLUDE: 儲存文指定的附加屬性(自訂清單)
• ALL: 儲存整個 item 的副本(最耗空間、讀取最快)

容量與成本(讀寫與儲存)

• Provisioned mode: GSI 可有自己 provisioned RCU/WCU(過去寫入會消耗 GSI 的 WCU)
• On-Demand: 自動按需計費
• 寫入成本: 每次寫主表若影響 GSI，會額外產生 GSI 的寫入消耗(因此高寫量下成本會放大)
• 儲存成本: GSI 儲存被投影的資料，會產生成本(ALL 投影最貴)

性能/熱點問題

• GSI 會分散到多 Parition, 若 GSI Parition key 分佈不均會出現 hot parition(寫入瓶頸)
• 高寫入熱點常用 write sharding(在 index key 加隨機 prefix) 解決，並在讀取端再合併
• GSI 更新的延遲受 table 的寫入速率與分區分佈影響，大量突發寫入可能造成 GSI 更新 Cache 或被 throttle

使用限制與操作行為

• 可以在表建立後新增或刪除 GSI（建立時會做 Backfill，刪除會移除索引資料）。
• 新增 GSI 時會觸發 後台 backfill（掃描表並建立索引），這期間可能影響表的吞吐。
• GSI 的項目數量與大小會計入儲存限制；單項目大小限制仍適用（400 KB）。
• 每個 region / account 有 GSI 數量上限（可調用限額提升）。

設計建議（常用 patterns）

• 為每個 access pattern 建一個 GSI（單表設計的核心）。
• 使用 sparse GSI：只有當特定屬性存在才會被索引（用於某些狀態或類別的查詢）。
• 選擇精簡投影（INCLUDE / KEYS_ONLY）以節省儲存和寫入成本。
• 避免使用高基數單一 key 導致 hotspot：使用複合 key 或 sharding。
• 在高寫入場景，考慮 on-demand 或適當 provisioned + auto-scaling。

監控與排錯重點（CloudWatch 指標）

• 監控：ConsumedWriteCapacityUnits、ConsumedReadCapacityUnits（GSI 層面）
• 錯誤/瓶頸：ThrottledRequests、ProvisionedWriteCapacityExceeded（若 provisioned）
• 延遲觀察：查詢結果不一致 → 檢查表到 GSI 的同步延遲與 backfill 狀態。
• 若查不到資料：檢查該 item 是否有 GSI key 屬性（若沒有，項目不會出現在 GSI）。

成本/效能實務小技巧

• 減少 GSI 的投影屬性以降低儲存與寫操作。
• 把 write-heavy attributes 放在主表且只在必要時投影到 GSI。
• 使用 adaptive capacity / auto scaling 並設 alert 以避免 throttle。
• 大量新增 GSI 時，分批啟用或在低流量時新增以減少 backfill 影響。

備註

• GSI 可後加（vs LSI 必須建表時定義） → 考試常考差別題。
• GSI 有自己的吞吐與儲存成本 → 寫入會消耗主表 + GSI 的寫入單位。
• 若索引鍵屬性不存在，該 item 不會出現在 GSI（sparse index）。

GSI VS LSI 表格整理