Soluțiile de memorare în cache sunt esențiale pentru a accelera performanța aplicațiilor. Când căutați cele mai bune opțiuni, Redis și Memcached se evidențiază ca fiind printre cele mai populare alegeri.
Dar cum decideți ce să alegeți dintre Redis și Memcached? Acest ghid vă va ajuta să înțelegeți avantajele fiecărei opțiuni și să luați o decizie informată.
Indiferent dacă doriți să îmbunătățiți viteza aplicației, să reduceți solicitările către baza de date sau să extindeți sistemul fără probleme, înțelegerea mecanismelor de memorare în cache este crucială.
Deși atât Redis, cât și Memcached pot fi utilizate ca soluții de memorare în cache pentru aplicații, fiecare vine cu propriile sale caracteristici. Ambele oferă latențe foarte mici și un randament ridicat, dar diferă în ceea ce privește suportul pentru structuri de date și modul de stocare a informațiilor.
Înainte de a compara direct Redis cu Memcached, să analizăm mai întâi conceptul de bază al memoriei cache.
Ce este memorarea în cache și de ce este importantă?
Fiecare operațiune realizată în cadrul unei aplicații consumă resurse de sistem. Aceasta poate fi procesarea intensivă a procesorului sau o sarcină cu consum mare de rețea, precum citirea dintr-un fișier sau dintr-o bază de date.
Performanța sistemului scade când se efectuează în mod repetat aceeași sarcină intensivă. De exemplu, dacă trebuie să căutați date complexe într-o bază de date, nu doar că va dura mai mult timp să se proceseze și să se returneze rezultatul, dar interogarea va consuma resurse semnificative ale bazei de date.
Acum, imaginați-vă că rezultatul unei interogări nu se modifică între două solicitări consecutive. Totuși, trebuie să rulați de fiecare dată aceeași interogare costisitoare. Ce-ar fi dacă ar exista o alternativă mai bună? Aici intervine memorarea în cache.
În esență, memorarea în cache presupune stocarea datelor frecvent accesate într-o memorie rapidă. Aceasta permite preluarea rapidă a datelor când acestea sunt solicitate din nou. Astfel, se elimină necesitatea repetării operațiunilor care consumă multe resurse – cum ar fi interogări de baze de date sau calcule complexe. În consecință, se îmbunătățește performanța, eficiența și timpul de răspuns al sistemului.
Iată avantajele oferite de utilizarea memoriei cache:
- Reduce latența
- Îmbunătățește viteza de încărcare și de răspuns a site-urilor și aplicațiilor
- Scade utilizarea inutilă a resurselor
- Reduce presiunea asupra serverelor backend
- Protejează baza de date de interogări frecvente și solicitante
Redis: O prezentare generală
Redis este o bază de date open-source, de tipul cheie-valoare, care operează în memorie. Pe lângă utilizarea ca soluție de memorare în cache, Redis poate fi folosit ca bază de date, broker de mesaje sau ca o coadă de mesaje.
Datorită faptului că Redis rulează în memorie, latențele interogărilor sunt sub milisecundă. Preluarea datelor din memorie este semnificativ mai rapidă decât de pe disc. Astfel, se obține un randament ridicat și se pot efectua multe operații de citire și scriere pe secundă.
În comparație cu Memcached, Redis acceptă o gamă extinsă de structuri de date. Puteți stoca orice text sau date binare sub formă de șiruri (cu o dimensiune maximă de 512 MB). Pentru stocarea de obiecte, se pot utiliza perechi câmp-valoare numite „Hashes”. Pentru colecții de șiruri, se pot utiliza „Liste”, „Seturi” sau „Seturi Sortate”.
Există biblioteci client disponibile pentru majoritatea limbajelor de programare importante – Java, Python, Go, Node.js, C# și .Net. Mai mult, odată cu instalarea Redis, se obține și un utilitar în linie de comandă numit „redis-cli”. Acest instrument permite verificarea rapidă a funcționării corecte a serverului Redis și permite trimiterea de comenzi pentru a citi, scrie sau modifica date.
Beneficiile Redis
- Redis este open-source și disponibil gratuit
- Are clienți oficiali pentru limbajele de programare importante
- Poate fi folosit ca soluție de memorare în cache, broker de mesaje, bază de date sau coadă de mesaje
- Oferă performanțe ridicate cu latențe sub milisecundă
- Include mai multe structuri de date integrate, precum șiruri, liste, seturi și seturi sortate
- Arhitectura de replicare primară permite disponibilitate și scalabilitate ridicată
În continuare, vom discuta în detaliu despre Memcached.
Memcached: O prezentare generală
Memcached este un sistem de memorare în cache a obiectelor în memorie, distribuit, gratuit și open-source. Oferă performanțe ridicate. Este un magazin cheie-valoare în memorie, pentru fragmente mici de date arbitrare. Înainte de a compara Redis cu Memcached, să vedem ce face exact Memcached.
Memoria unui sistem informatic nu este distribuită uniform. Memoria liberă este disponibilă în fragmente arbitrare de diferite dimensiuni. Memcached permite accesarea memoriei disponibile din diverse părți ale sistemului. Astfel, memoria este preluată de unde este în exces și utilizată acolo unde este necesară.
Fiind un simplu magazin cheie-valoare, serverele Memcached nu înțeleg structura datelor. Stochează date brute, preserializate, împreună cu o cheie, un timp de expirare și flag-uri opționale. Nu oferă suport pentru structuri de date încorporate.
Spre deosebire de Redis, serverele Memcached nu comunică între ele. Nu există sincronizare, replicare sau difuzare. Astfel, gestionarea validării și disponibilității memoriei cache este simplificată. Ca și client, ștergeți sau suprascrieți date direct pe serverul care le deține.
Datorită acestei arhitecturi extrem de simple, Memcached oferă performanțe ridicate. Pe un sistem rapid, cu rețea performantă, Memcached poate gestiona cu ușurință peste 200.000 de solicitări pe secundă.
Beneficiile Memcached
- Deoarece utilizează date din memorie, recuperarea este mai rapidă comparativ cu discul tradițional
- API-uri sunt disponibile pentru cele mai populare limbaje de programare
- Memcached reduce necesitatea căutării repetate a datelor prin memorarea în cache a rezultatelor
- Se pot stoca în cache rezultatele bazei de date, răspunsurile API sau chiar pagini web redate
- Ajută la recuperarea memoriei fragmentate
- Folosește stocarea în cache Least Recently Used (LRU) și articolele expiră după un anumit timp
- Permite construirea propriilor abstracțiuni peste Memcached
În continuare, vom explora diferențele dintre Redis și Memcached.
Redis vs. Memcached: Tabel comparativ
| Caracteristici | Redis | Memcached |
| Structuri de date | Are suport pentru structuri de date încorporate, cum ar fi șiruri, liste, seturi, seturi sortate. | Nu are suport pentru structuri de date încorporate. Sunt stocate date brute preserializate. |
| Dimensiunea datelor | Poate stoca valori de până la 512 MB. | Poate stoca valori de până la 1 MB. |
| Persistența datelor | Poate păstra datele pe disc. | Nu păstrează datele pe disc. |
| Instrumente | Vine cu un instrument de linie de comandă încorporat (redis-cli) | Instrumente terțe, precum libmemcached-tools sunt disponibile. |
| Threading | Este cu un singur thread. | Replicare cu mai multe threaduri. |
| Replicare | Are o arhitectură de replicare primară care permite replicarea. | Nu are suport pentru replicare. |
| Cache Eviction | Folosește politica Least Recently Used (LRU) pentru evacuarea cache-ului. Alte politici pot fi configurate. | Folosește politica Least Recently Used (LRU) pentru evacuarea cache-ului. |
| Limbaje de programare | Acceptă limbaje de programare majore. | Acceptă limbaje de programare majore. |
Acum, să analizăm câteva dintre cazurile de utilizare rezolvate de Redis și Memcached.
Cazuri de utilizare pentru Redis și Memcached
#1. Deservirea comerțului electronic la scară: Shopify
Dacă ați căutat vreodată să vindeți produse online, este posibil să fi auzit de Shopify. Este o platformă de comerț electronic care permite crearea ușoară a unui magazin online. În momente de vârf, Shopify deservește 80.000 de solicitări pe secundă, alimentând cei 600.000 de comercianți. Gestionarea unui trafic atât de mare cu latențe minime este o provocare.
Pentru a rezolva această problemă, Shopify folosește atât Memcached, cât și Redis în stiva sa tehnologică. Shopify are o arhitectură relativ simplă, utilizând MySQL ca bază de date, Memcached ca magazin cheie-valoare și Redis pentru coadă. Uneori, nu este necesar să alegeți între Redis și Memcached; ambele pot fi utilizate în arhitectura aplicației.
Într-o platformă de comerț electronic, există multe date statice care nu se modifică des. Acestea includ imagini de produse, descrieri și informații despre magazin. În loc să interogăm aceste date pentru fiecare solicitare, stocarea lor într-un magazin cheie-valoare accelerează sistemul și îmbunătățește performanța.
Utilizarea unei soluții de memorare în cache precum Memcached pentru a servi conținut static reduce solicitarea serverelor și bazelor de date backend.
#2. Memorarea în cache a datelor aplicației distribuite: Pinterest
Pinterest a devenit o platformă importantă pentru inspirație. Utilizatorii pot naviga printre pin-uri și panouri create de alți utilizatori. În culise, au loc multe procese. Fiecare solicitare trece prin mai multe servicii diferite, realizând calcule complexe. Acest lucru include analiza pin-urilor și a recomandărilor.
Pentru a proteja serviciile backend și a evita repetarea calculelor, Pinterest folosește un strat de cache distribuit care stochează rezultatele calculelor repetate. Astfel, solicitările nu ajung la serviciile și bazele de date cu costuri mari de calcul sau de stocare. Memoria cache absoarbe o parte semnificativă a traficului. Stratul de memorare în cache al Pinterest se întinde pe mii de servere și deservește peste 150 de milioane de solicitări pe secundă.
Arhitectura stratului de memorare în cache a Pinterest utilizează Memcached și mcrouter. Datorită naturii sale asincrone bazate pe evenimente și a procesării cu multiple thread-uri, Memcached este foarte eficient. Combinată cu arhitectura sa simplă, permite crearea de abstracțiuni și scalarea orizontală. Astfel, Pinterest gestionează traficul ridicat.
#3. Gestionarea securității datelor la scară: CloudSponge
CloudSponge este un software-as-a-service (SaaS) care permite utilizatorilor să trimită rapid invitații, cupoane sau felicitări. Această platformă ajută utilizatorii să importe agende majore, eliminând necesitatea introducerii manuale a adreselor de email de contact.
Într-un singur an, CloudSponge procesează aproape 2 trilioane de adrese de email prin intermediul serverelor sale. Acest lucru vine cu provocarea securității, deoarece orice vulnerabilitate poate oferi hackerilor posibilitatea de a fura datele.
Redis poate fi folosit nu doar ca o soluție de memorare în cache, ci și pentru gestionarea datelor. CloudSponge folosește Redis în acest scop, stocând toate datele de contact în memorie. Datele sunt păstrate suficient timp pentru ca utilizatorii să le recupereze, după care sunt șterse. Datele nu sunt stocate pe disc, chiar dacă Redis oferă această opțiune.
#4. Alte utilizări comune pentru soluțiile de memorare în cache
Iată alte câteva scenarii în care sunt utilizate soluțiile de memorare în cache:
❇️ Sisteme de mesagerie prin chat
Soluțiile de memorare în cache sunt componente necesare în arhitectura sistemelor de mesagerie prin chat. Pot fi stocate date accesate frecvent, precum profile de utilizator, liste de contacte și mesaje recente. Astfel, se reduce solicitarea bazei de date și crește capacitatea de răspuns a sistemului.
Funcțiile în timp real, cum ar fi indicatorii de tastare și notificările de prezență, beneficiază, de asemenea, de memorie cache. Un cache distribuit permite scalarea serverelor backend fără a fi necesară mărirea memoriei cache.
❇️ Servicii de localizare
Aplicațiile cu servicii bazate pe locație, precum estimarea distanței, orele de sosire și recomandările din apropiere, folosesc cache-uri reglate pentru datele despre locație. Aceste date sunt stocate sub forma unui index geospațial.
Un index geospațial permite stocarea locației fiecărui obiect din baza de date. Redis include suport pentru indici geospațiali. Datorită preluării datelor din memorie, informațiile despre locație pot fi partajate eficient în timp real.
❇️ Analize în timp real
Jocurile online au devenit o industrie imensă. Jocurile mobile cooperative și aplicațiile de sport fantezie se bazează pe latențe sub secundă pentru a lua decizii și a face modificări.
Un cache permite realizarea de analize în timp real, cum ar fi menținerea unui clasament. Pentru aplicații precum sporturile fantezie, statisticile și informațiile despre jucători pot fi stocate în stratul de cache pentru a crește performanța aplicației.
Pe care ar trebui să-l alegeți?
Redis se remarcă prin versatilitate și suport pentru diverse structuri de date, fiind potrivit pentru aplicații care necesită mai mult decât stocarea de bază în cache. Latența sub milisecundă a interogărilor, debitul ridicat, și suportul bibliotecilor client pentru limbajele de programare majore, îl fac o opțiune puternică pentru sistemele care au nevoie atât de viteză, cât și de flexibilitate. De asemenea, oferă suport pentru păstrarea datelor pe disc, dacă este necesar.
Pe de altă parte, Memcached excelează în simplitate și memorare în cache de mare viteză. Este o alegere ideală pentru cazurile de utilizare în care se stochează date brute, preserializate. Utilizarea eficientă a memoriei disponibile în diverse părți ale sistemului, împreună cu arhitectura sa simplă, oferă performanțe ridicate, mai ales pe sisteme cu rețele de mare viteză.
Pentru a alege corect între Redis și Memcached, luați în considerare factori precum complexitatea aplicației, cerințele privind structura datelor și nevoile de scalabilitate. Redis este ideal când sunt necesare diverse structuri de date și funcții avansate, în timp ce Memcached oferă cele mai mici latențe și cel mai mare randament în scenarii simple de memorare în cache, cu performanțe ridicate.
Alegerea între Redis și Memcached ar trebui să se alinieze cu obiectivele și constrângerile specifice proiectului. Uneori, memorarea în cache a datelor aplicației ar putea să nu fie suficientă.
În continuare, analizați cum se configurează un server de cache DNS local pe Linux.