Redis kontra Memcached: Velg riktig motor

Amazon ElastiCache er en fullstendig administrert tjeneste for bufring i minnet, som gjør det enkelt å distribuere, administrere og skalere populære åpen kildekode-baserte datalagre i minnet i skyen. Den støtter to motorer: Redis og Memcached. Ved å levere data som ofte etterspørres, fra minnet i stedet for fra en database, kan ElastiCache redusere belastningen på databasen med flere størrelsesordener og redusere svartiden fra millisekunder til mikrosekunder. Valget mellom Redis og Memcached er et vanlig spørsmål på SAA-C03-eksamen.

Memcached er et distribuert nøkkel-verdi-lager i minnet, med fokus på enkelhet og horisontal skalerbarhet. Viktige egenskaper er: flertrådet (kan bruke alle CPU-kjerner på én node), enkel nøkkel-verdi-lagring (bare strenger, ingen komplekse datastrukturer), ingen persistent lagring (data går tapt når en node starter på nytt), ingen replikering (ingen standby eller replikaer) og horisontal sharding via konsistent hashing på klientsiden. Memcached er det riktige valget når De trenger en enkel cache i stor skala og ikke har behov for persistent lagring, komplekse datatyper eller høy tilgjengelighet.

Redis (Remote Dictionary Server) er et funksjonsrikt datalager i minnet, med én tråd per instans, som støtter strenger, hasher, lister, mengder, sorterte mengder, punktgrafikk, HyperLogLogs, strømmer og geospatiale indekser. Viktige fordeler sammenlignet med Memcached er: valgfri persistent lagring (AOF- og RDB-øyeblikksbilder), replikering (lesereplikaer og automatisk failover), pub/sub-meldinger, Lua-skript, transaksjoner (MULTI/EXEC) og Cluster Mode for horisontal sharding. Redis er det riktige valget i de fleste praktiske scenarier for bufring.

Redis støtter to mekanismer for persistent lagring: RDB (Redis Database) — periodiske øyeblikksbilder på et bestemt tidspunkt som lagres på disk med konfigurerbare intervaller (rask omstart, men data mellom øyeblikksbildene kan gå tapt). AOF (Append-Only File) — logger hver skriveoperasjon. Ved omstart spiller Redis av loggen for å gjenoppbygge tilstanden (bedre databeskyttelse, men større filer og langsommere omstarter). I ElastiCache kan De aktivere AOF for å bevare data gjennom omstarter av noder. Dette er avgjørende når ElastiCache brukes ikke bare som cache, men som primært datalager, for eksempel for øktdata.

Redis støtter replikeringsgrupper med én primærnode som håndterer alle skriveoperasjoner, og opptil 5 lesereplikaer som håndterer lesinger. Når Multi-AZ og automatisk failover er aktivert, gjør ElastiCache automatisk en lesereplika til primærnode når primærnoden svikter — failoveren er vanligvis fullført på under 60 sekunder. Dette gir Redis-baserte applikasjoner høy tilgjengelighet som Memcached ikke kan tilby (Memcached har ingen replikering). For produksjonsapplikasjoner som krever caching med høy tilgjengelighet, bør De alltid bruke Redis med automatisk failover.

Sorterte mengder er en av Redis' mest kraftige datastrukturer. Hvert medlem har en tilknyttet flyttallsscore, og medlemmene holdes alltid sortert. Dette gjør sorterte mengder ideelle for ledertavler (rangering etter score), prioritetskøer (behandle jobber med høyest prioritet først) og hastighetsbegrensning (glidende vindu med tidsstempler som scorer). Operasjonene ZADD, ZRANGE, ZREVRANGE, ZRANK og ZRANGEBYSCORE har alle kompleksiteten O(log n) — svært effektivt, selv for millioner av oppføringer.

Redis pub/sub gjør det mulig for utgivere å kringkaste meldinger til kanaler uten å vite hvem som abonnerer. Abonnenter mottar alle meldinger som publiseres til kanalene de abonnerer på, i sanntid. Pub/sub-meldinger lagres ikke persistent — hvis en abonnent er frakoblet, går meldingen tapt. For persistent meldingsutveksling med garantert levering kan De bruke Redis Streams (en mer robust datastruktur som ble lagt til i Redis 5) eller en spesialisert meldingstjeneste som SQS eller SNS. På SAA-C03-eksamen er Redis pub/sub et alternativ for lette sanntidsvarsler mellom tjenester.

Bruk dette rammeverket når De skal velge løsning til SAA-C03-eksamen: Velg Memcached når De trenger: en enkel cache uten krav om høy tilgjengelighet, flertrådet ytelse og horisontal skalering ved å legge til noder (ren cache). Velg Redis når De trenger: persistent lagring (øktlager), replikering og failover (høy tilgjengelighet), komplekse datatyper (sorterte mengder for ledertavler, mengder, lister), pub/sub, Lua-transaksjoner eller Cluster Mode for horisontal skalering med flere shards. Hvis eksamensoppgaven nevner en funksjon utover enkel nøkkel-verdi-bufring, er Redis nesten alltid svaret.

ElastiCache tilbyr flere familier av nodetyper: r7g (Graviton 3, minneoptimalisert — best forhold mellom pris og ytelse, anbefalt for de fleste cache-løsninger), m7g (balansert beregning og minne) og t4g (burstable, lav kostnad for utvikling og testing). Nodestørrelsene varierer fra cache.t4g.micro (500 MB) til cache.r7g.16xlarge (425 GB). I produksjon bør De velge en nodestørrelse som holder datasettet i minnet med 20–25 % margin. Hvis minnet tar slutt, oppstår utkastinger (Memcached) eller OOM-feil (Redis).

ElastiCache distribueres i VPC-en Deres, med sikkerhetsgrupper som kontrollerer tilgangen — ingen tilgang fra det offentlige internett som standard. For Redis bør De aktivere AUTH-tokens (et passord som klientene må oppgi) og kryptering under overføring (TLS) for tilkoblinger, samt kryptering i ro ved hjelp av KMS. For Memcached er bare TLS-kryptering under overføring tilgjengelig (ingen kryptering i ro eller AUTH). Ved migrering fra ukryptert til kryptert Redis finnes det ingen migrering på stedet — De må opprette en ny kryptert klynge og varme den opp.

Når en Redis- eller Memcached-cache er full, avgjør utkastingspolicyen hvilke nøkler som fjernes for å frigjøre plass. Vanlige utkastingspolicyer i Redis er: noeviction (returnerer en OOM-feil — bra når cachen er det primære datalageret), allkeys-lru (fjerner den sist brukte nøkkelen blant alle nøkler — bra for generell caching), volatile-lru (LRU blant nøkler med angitt TTL — bevarer nøkler som ikke utløper), allkeys-random (tilfeldig utkasting) og allkeys-lfu (fjerner den minst brukte nøkkelen). For typiske bruksområder for caching anbefales allkeys-lru eller allkeys-lfu.

I denne leksjonen har De lært at Memcached er enkelt, flertrådet og ikke har høy tilgjengelighet — best for ren horisontal skalering av enkle cacher, at Redis støtter komplekse datastrukturer, persistent lagring, pub/sub og Multi-AZ-failover — best for de fleste produksjonsscenarier for caching, og at sorterte mengder gjør Redis til det naturlige valget for ledertavler og prioritetskøer. Neste tema er Redis-replikeringsgrupper og Cluster Mode for horisontal sharding.