Redis frente a Memcached: elección del motor adecuado

Amazon ElastiCache es un servicio de almacenamiento en caché en memoria totalmente administrado que facilita la implementación, administración y escalabilidad en la nube de almacenes de datos en memoria populares y de código abierto. Admite dos motores: Redis y Memcached. Al servir los datos solicitados con frecuencia desde la memoria en lugar de hacerlo desde una base de datos, ElastiCache puede reducir la carga de la base de datos en varios órdenes de magnitud y disminuir la latencia de respuesta de milisegundos a microsegundos. Elegir entre Redis y Memcached es una pregunta habitual del examen SAA-C03.

Memcached es un almacén distribuido de clave-valor en memoria, centrado en la simplicidad y la escalabilidad horizontal. Sus características principales son: multihilo (puede utilizar todos los núcleos de CPU de un solo nodo), almacenamiento simple de clave-valor (solo cadenas, sin estructuras de datos complejas), sin persistencia (los datos se pierden cuando se reinicia un nodo), sin replicación (no hay nodos en espera ni réplicas) y sharding horizontal mediante hashing consistente del lado del cliente. Memcached es la opción adecuada cuando necesita una caché sencilla y de gran escala, y no necesita persistencia, tipos de datos complejos ni alta disponibilidad.

Redis (Remote Dictionary Server) es un almacén de estructuras de datos en memoria, de un solo hilo (por instancia) y con numerosas funciones. Admite cadenas, hashes, listas, conjuntos, conjuntos ordenados, mapas de bits, HyperLogLogs, streams e índices geoespaciales. Sus principales ventajas frente a Memcached son: persistencia opcional (instantáneas AOF y RDB), replicación (réplicas de lectura y conmutación por error automática), mensajería pub/sub, scripts de Lua, transacciones (MULTI/EXEC) y modo de clúster para el sharding horizontal. Redis es la opción adecuada para la mayoría de los escenarios reales de almacenamiento en caché.

Redis admite dos mecanismos de persistencia: RDB (Redis Database): instantáneas periódicas en un momento determinado que se guardan en disco a intervalos configurables (reinicios rápidos, pero se pueden perder los datos generados entre instantáneas). AOF (Append-Only File): registra todas las operaciones de escritura; al reiniciarse, Redis reproduce el registro para reconstruir el estado (durabilidad a cambio de archivos más grandes y reinicios más lentos). En ElastiCache, puede habilitar AOF para conservar los datos entre reinicios de nodos. Esto es fundamental cuando ElastiCache se utiliza no solo como caché, sino también como almacén de datos principal, por ejemplo, para datos de sesión.

Redis admite grupos de replicación con un nodo principal que gestiona todas las escrituras y hasta 5 réplicas de lectura que gestionan las lecturas. Con Multi-AZ y la conmutación por error automática habilitados, ElastiCache promueve automáticamente una réplica de lectura a principal cuando el principal falla; normalmente, la conmutación por error se completa en menos de 60 segundos. Esto proporciona a las aplicaciones respaldadas por Redis una alta disponibilidad que Memcached no puede igualar (Memcached no tiene replicación). Para aplicaciones de producción que requieren almacenamiento en caché de alta disponibilidad, utilice siempre Redis con conmutación por error automática.

Los conjuntos ordenados son una de las estructuras de datos más potentes de Redis. Cada miembro tiene una puntuación de coma flotante asociada y los miembros se mantienen siempre ordenados. Esto hace que los conjuntos ordenados sean ideales para tablas de clasificación (clasificación por puntuación), colas de prioridad (procesamiento primero de los trabajos de mayor prioridad) y limitación de velocidad (ventana deslizante con marcas de tiempo como puntuaciones). Las operaciones ZADD, ZRANGE, ZREVRANGE, ZRANK y ZRANGEBYSCORE son todas O(log n), lo que resulta extremadamente eficiente incluso para millones de entradas.

El pub/sub de Redis permite a los publicadores difundir mensajes a canales sin saber quién está suscrito. Los suscriptores reciben en tiempo real todos los mensajes publicados en los canales a los que están suscritos. Los mensajes de pub/sub no se conservan: si un suscriptor está desconectado, pierde el mensaje. Para obtener mensajería persistente con entrega garantizada, utilice Redis Streams (una estructura de datos más robusta añadida en Redis 5) o un servicio de mensajería especializado como SQS o SNS. Para el examen SAA-C03, pub/sub de Redis es una opción para notificaciones ligeras en tiempo real entre servicios.

Utilice este marco para elegir en el examen SAA-C03: elija Memcached cuando necesite una caché sencilla sin requisitos de alta disponibilidad, rendimiento multihilo y escalabilidad horizontal mediante la adición de nodos (caché pura). Elija Redis cuando necesite: persistencia (almacén de sesiones), replicación y conmutación por error (alta disponibilidad), tipos de datos complejos (conjuntos ordenados para tablas de clasificación, conjuntos y listas), pub/sub, transacciones de Lua o Cluster Mode para la escalabilidad horizontal con varios fragmentos. Si la pregunta del examen menciona alguna función que vaya más allá del almacenamiento en caché simple de clave-valor, casi siempre la respuesta es Redis.

ElastiCache ofrece varias familias de tipos de nodo: r7g (Graviton 3, optimizada para memoria: mejor relación calidad-precio y recomendada para la mayoría de los casos de almacenamiento en caché), m7g (cómputo y memoria equilibrados) y t4g (de rendimiento ampliable y bajo coste para desarrollo y pruebas). Los tamaños de nodo van desde cache.t4g.micro (500 MB) hasta cache.r7g.16xlarge (425 GB). En producción, elija un tamaño de nodo que mantenga el conjunto de datos en memoria con un margen adicional del 20-25 %. Quedarse sin memoria provoca expulsiones en Memcached o errores OOM en Redis.

ElastiCache se implementa dentro de su VPC, con grupos de seguridad que controlan el acceso; de forma predeterminada, no hay acceso a través de Internet pública. Para Redis, habilite tokens de AUTH (una contraseña que los clientes deben proporcionar) y cifrado en tránsito (TLS) para las conexiones, además del cifrado en reposo mediante KMS. Para Memcached, solo está disponible el cifrado TLS en tránsito (no admite cifrado en reposo ni AUTH). Al migrar de Redis sin cifrado a Redis cifrado, no existe una migración local: debe crear un clúster cifrado nuevo y precargarlo.

Cuando una caché de Redis o Memcached está llena, la política de expulsión determina qué claves se eliminan para liberar espacio. Entre las políticas habituales de expulsión de Redis se incluyen: noeviction (devuelve un error OOM; es adecuada cuando la caché es el almacén principal), allkeys-lru (expulsa las claves menos utilizadas recientemente entre todas las claves; es adecuada como caché de uso general), volatile-lru (aplica LRU a las claves que tienen TTL; conserva las claves que no caducan), allkeys-random (expulsión aleatoria) y allkeys-lfu (menos utilizadas con frecuencia). Para los casos de uso habituales de almacenamiento en caché, se recomiendan allkeys-lru o allkeys-lfu.

En esta lección ha aprendido que Memcached es sencillo, multihilo y no ofrece alta disponibilidad, por lo que es ideal para la escalabilidad horizontal pura de cachés sencillas; Redis admite estructuras de datos complejas, persistencia, pub/sub y conmutación por error Multi-AZ, por lo que es la mejor opción para la mayoría de los escenarios de almacenamiento en caché de producción; y los conjuntos ordenados hacen de Redis la opción natural para tablas de clasificación y colas de prioridad. A continuación, exploraremos los grupos de replicación de Redis y Cluster Mode para el sharding horizontal.