AWS Solutions Architect · 课时

Redis 与 Memcached：选择合适的引擎

比较 Redis（持久化、复制、有序集合、发布/订阅）与 Memcached（简洁性、多线程），并根据使用场景需求进行选择

Redis 与 Memcached：选择合适的引擎 是 CoddyKit 上的免费 AWS Solutions Architect 课时。这是第 1 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 AWS Solutions Architect 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 AWS Solutions Architect 课程共包含 4 节课。

什么是 Amazon ElastiCache

Amazon ElastiCache 是一项完全托管的内存缓存服务，可让您轻松地在云中部署、管理和扩展常用的开源内存数据存储。它支持两种引擎：Redis 和 Memcached。ElastiCache 将频繁请求的数据从内存而不是数据库中提供出来，因此可以将数据库负载降低几个数量级，并将响应延迟从毫秒级缩短到微秒级。如何在 Redis 和 Memcached 之间进行选择，是 SAA-C03 考试中的常见问题。

Memcached：纯粹的简洁性

Memcached 是一种分布式内存键值存储，专注于简洁性和水平扩展。其主要特征包括：多线程（可以使用单个节点上的所有 CPU 核心）、简单的键值存储（仅支持字符串，不支持复杂数据结构）、不具备持久化能力（节点重启时数据会丢失）、不支持复制（没有备用节点或副本），以及通过客户端一致性哈希实现的水平分片。当您需要简单的大规模缓存，且不需要持久化、复杂数据类型或高可用性时，Memcached 是合适的选择。

# Create a Memcached cluster with 3 nodes
aws elasticache create-cache-cluster \
  --cache-cluster-id my-memcached \
  --engine memcached \
  --cache-node-type cache.r7g.large \
  --num-cache-nodes 3 \
  --cache-subnet-group-name my-subnet-group

# Memcached auto-discovers nodes via the config endpoint
# Application connects to: my-memcached.cfg.use1.cache.amazonaws.com:11211

Redis：功能丰富的内存存储

Redis（Remote Dictionary Server）是一种单线程（每个实例）且功能丰富的内存数据结构存储，支持字符串、哈希、列表、集合、排序集合、位图、HyperLogLogs、流和地理空间索引。与 Memcached 相比，Redis 的主要优势包括：可选的持久化（AOF 和 RDB 快照）、复制（只读副本和自动故障转移）、发布/订阅消息传递、Lua 脚本、事务（MULTI/EXEC）以及用于水平分片的集群模式。对于大多数实际的缓存场景，Redis 都是合适的选择。

# Redis data structure examples

# String
# SET user:1:name 'Alice'
# GET user:1:name

# Hash (object-like)
# HSET product:42 name 'Widget' price '9.99' stock '100'
# HGETALL product:42

# Sorted set (leaderboard)
# ZADD leaderboard 9500 'alice' 8700 'bob' 9100 'carol'
# ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES

# Pub/Sub
# PUBLISH notifications 'order_shipped:12345'
# SUBSCRIBE notifications

Redis 持久化：AOF 和 RDB

Redis 支持两种持久化机制：RDB (Redis Database)——按照可配置的时间间隔定期创建并保存磁盘时间点快照（重启速度快，但可能丢失两次快照之间的数据）；AOF (Append-Only File)——记录每一次写入操作；重启时，Redis 会重放这些记录以重建状态（以更大的文件和更慢的重启速度为代价来获得持久性）。在 ElastiCache 中，您可以启用 AOF，以便在节点重启后保留数据。当 ElastiCache 不仅用作缓存，还用作主要数据存储（例如存储会话数据）时，这一点至关重要。

# Create an ElastiCache Redis cluster with AOF enabled
aws elasticache create-replication-group \
  --replication-group-id my-redis \
  --replication-group-description 'Redis with persistence' \
  --cache-node-type cache.r7g.large \
  --engine redis \
  --num-cache-clusters 2 \
  --cache-parameter-group-name default.redis7 \
  --snapshot-retention-limit 5

# Note: Enable AOF via parameter group: appendonly=yes

Redis 复制与自动故障转移

Redis 支持复制组，其中包含一个处理所有写入操作的主节点，以及最多 5 个处理读取操作的只读副本。启用 Multi-AZ 和自动故障转移后，如果主节点发生故障，ElastiCache 会自动将一个只读副本提升为主节点，通常可在 60 秒内完成故障转移。这使基于 Redis 的应用具备 Memcached 无法匹敌的高可用性（Memcached 不支持复制）。对于需要高可用缓存的生产应用，请始终使用启用了自动故障转移的 Redis。

# Create a Redis replication group with Multi-AZ failover
aws elasticache create-replication-group \
  --replication-group-id prod-redis \
  --description 'Production Redis with HA' \
  --cache-node-type cache.r7g.xlarge \
  --engine redis \
  --multi-az-enabled \
  --automatic-failover-enabled \
  --num-cache-clusters 3 \
  --cache-subnet-group-name multi-az-subnet-group

# 1 primary + 2 replicas across 3 AZs

使用 Redis 排序集合构建排行榜

Sorted sets 是 Redis 最强大的数据结构之一。每个成员都有一个关联的浮点分数，并且成员始终按排序顺序保存。因此，排序集合非常适合用于排行榜（按分数排名）、优先级队列（优先处理优先级最高的任务）以及速率限制（使用时间戳作为分数的滑动窗口）。ZADD、ZRANGE、ZREVRANGE、ZRANK 和 ZRANGEBYSCORE 的时间复杂度均为 O(log n)，即使面对数百万条记录，也极其高效。

# Leaderboard operations using Redis sorted sets

# Add/update scores
# ZADD game:leaderboard 10500 'player:alice'
# ZADD game:leaderboard 9800  'player:bob'
# ZADD game:leaderboard 11200 'player:carol'

# Get top 3 players (highest scores first)
# ZREVRANGE game:leaderboard 0 2 WITHSCORES
# Result: carol 11200, alice 10500, bob 9800

# Get a player's rank (0-indexed)
# ZREVRANK game:leaderboard 'player:alice'
# Result: 1 (second place)

使用 Redis 发布/订阅进行消息传递

Redis 的发布/订阅功能允许发布者向频道广播消息，而无需知道订阅者是谁。订阅者会实时接收发布到其订阅频道的所有消息。发布/订阅消息不会持久化——如果订阅者处于离线状态，就会错过该消息。对于需要持久化且保证送达的消息传递，请使用 Redis Streams（Redis 5 中新增的一种更强大的数据结构），或使用 SQS、SNS 等专用消息服务。对于 SAA-C03 考试，Redis 发布/订阅可用于服务之间的轻量级实时通知。

# Publisher side (broadcasts to 'notifications' channel)
# PUBLISH notifications '{"type":"order_shipped","orderId":"12345"}'

# Subscriber side (listens for messages)
# SUBSCRIBE notifications

# Pattern subscribe (wildcard channel matching)
# PSUBSCRIBE order:*
# Receives messages from: order:created, order:shipped, order:delivered

# Note: Unlike SQS, pub/sub is fire-and-forget — no acknowledgement

Memcached 与 Redis：选择表

在 SAA-C03 考试中，请使用以下框架进行选择：当您需要简单缓存且不要求高可用性、需要多线程性能，或希望通过添加节点进行水平扩展（纯缓存）时，选择 Memcached。当您需要持久化（会话存储）、复制和故障转移（高可用性）、复杂数据类型（用于排行榜的排序集合、集合、列表）、发布/订阅、Lua 事务，或用于多分片水平扩展的集群模式时，选择 Redis。如果考试题目提到简单键值缓存之外的任何功能，答案几乎总是 Redis。

缓存节点类型与系列

ElastiCache 提供多个节点类型系列：r7g（Graviton 3，内存优化型——性价比最佳，是大多数缓存场景的推荐选择）、m7g（计算和内存均衡型）以及 t4g（突发型，成本较低，适合开发/测试）。节点大小范围从 cache.t4g.micro（500 MB）到 cache.r7g.16xlarge（425 GB）。在生产环境中，请选择能够将数据集保存在内存中并预留 20% 至 25% 余量的节点大小。内存耗尽会导致逐出（Memcached）或 OOM 错误（Redis）。

# Get available cache node types
aws elasticache describe-cache-engine-versions \
  --engine redis \
  --query 'CacheEngineVersions[?contains(EngineVersion, '7')].{Engine:Engine,Version:EngineVersion}'

# Check memory and vCPU for a node type
aws elasticache describe-cache-engine-versions \
  --cache-parameter-group-family redis7

# Monitor evictions to detect memory pressure
# CloudWatch: Evictions metric > 0 means cache is full

ElastiCache 安全性

ElastiCache 部署在您的 VPC 内部，由安全组控制访问，默认不允许通过公共互联网访问。对于 Redis，请启用 AUTH 令牌（客户端必须提供的密码）和用于连接的传输中加密（TLS），并使用 KMS 启用静态加密。对于 Memcached，仅支持传输中 TLS（不支持静态加密或 AUTH）。从未加密的 Redis 迁移到加密的 Redis 时，无法进行就地迁移——您必须创建新的加密集群并预热该集群。

# Create a Redis cluster with TLS and AUTH token
aws elasticache create-replication-group \
  --replication-group-id secure-redis \
  --description 'Encrypted Redis' \
  --cache-node-type cache.r7g.large \
  --engine redis \
  --transit-encryption-enabled \
  --at-rest-encryption-enabled \
  --auth-token 'MySecretPassword123!'

# Store the AUTH token in Secrets Manager, not in your app code

逐出策略

当 Redis 或 Memcached 缓存已满时，逐出策略会决定删除哪些键以腾出空间。常见的 Redis 逐出策略包括：noeviction（返回 OOM 错误——当缓存是主要存储时很适用）、allkeys-lru（在所有键中逐出最近最少使用的键——适合一般缓存）、volatile-lru（在设置了 TTL 的键中应用 LRU——保留永不过期的键）、allkeys-random（随机逐出）以及 allkeys-lfu（逐出最不常使用的键）。对于典型的缓存使用场景，建议使用 allkeys-lru 或 allkeys-lfu。

# Set eviction policy via parameter group
aws elasticache create-cache-parameter-group \
  --cache-parameter-group-name redis7-lru \
  --cache-parameter-group-family redis7 \
  --description 'LRU eviction policy'

aws elasticache modify-cache-parameter-group \
  --cache-parameter-group-name redis7-lru \
  --parameter-name-values ParameterName=maxmemory-policy,ParameterValue=allkeys-lru

# Apply the parameter group to your cluster:
aws elasticache modify-replication-group \
  --replication-group-id prod-redis \
  --cache-parameter-group-name redis7-lru

快速检查

测试您对本课 AWS 解决方案架构师（SAA-C03）相关概念的理解。

课程回顾

本课中您学习了：Memcached 简单、支持多线程且不具备高可用性，最适合简单缓存的纯水平扩展；Redis 支持复杂数据结构、持久化、发布/订阅和 Multi-AZ 故障转移，最适合大多数生产缓存场景；而排序集合使 Redis 成为构建排行榜和优先级队列的自然选择。接下来，我们将探索 Redis 复制组和集群模式，以实现水平分片。

常见问题解答

「Redis 与 Memcached：选择合适的引擎」课时是免费的吗？

是的 — 「Redis 与 Memcached：选择合适的引擎」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 AWS Solutions Architect 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 AWS Solutions Architect 课程共包含 4 节课。

「Redis 与 Memcached：选择合适的引擎」这节课中我会学到什么？

比较 Redis（持久化、复制、有序集合、发布/订阅）与 Memcached（简洁性、多线程），并根据使用场景需求进行选择你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 AWS Solutions Architect，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 AWS Solutions Architect 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 AWS Solutions Architect 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 1 节课，共 4 节。

「Redis 与 Memcached：选择合适的引擎」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 AWS Solutions Architect 课中编写并运行代码吗？

能。每节 AWS Solutions Architect 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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