Accelerera din applikation med caching
För att förbättra prestandan i din applikation är cachinglösningar oumbärliga. När du undersöker de mest effektiva alternativen, framstår Redis och Memcached som två av de främsta kandidaterna.
Men hur avgör du vilket system som passar bäst när du ställer Redis mot Memcached? Den här guiden ger dig insikt i deras respektive fördelar och hjälper dig att göra ett välövervägt val.
Att ha en god förståelse för caching är viktigt oavsett om du vill öka applikationens hastighet, minska belastningen på databasen eller skala ditt system smidigt.
Även om både Redis och Memcached fungerar som effektiva cachelösningar, skiljer de sig åt i sina funktioner. Båda erbjuder svarstider på under millisekunder och hög genomströmning, men det finns skillnader i stöd för datastrukturer och lagring.
Innan vi går in på jämförelsen mellan Redis och Memcached, ska vi först utforska vad caching innebär.
Vad är caching och varför behövs det?
Varje operation du utför i en applikation förbrukar resurser i systemet. Det kan vara processorkraft vid krävande uppgifter, eller nätverksaktivitet som att läsa från filer eller databaser.
Systemets prestanda påverkas negativt när samma processor- eller nätverksintensiva uppgift upprepas flera gånger. Tänk dig att du hämtar data från en databas med en komplex fråga. Det tar inte bara tid att beräkna och hämta datan, utan den komplexa frågan belastar också databasresurserna mer.
Antag nu att resultatet av frågan inte ändras mellan två på varandra följande förfrågningar. Trots detta körs samma kostsamma fråga varje gång datan behövs. Tänk om det fanns en bättre lösning? Det är här cachning kommer in i bilden.
Cachning innebär i grunden att lagra frekvent använd data i ett snabbt minne. Detta gör det möjligt att snabbt hämta informationen när den efterfrågas igen. Dessutom slipper du upprepa resurskrävande operationer, som databasfrågor eller komplexa beräkningar. Därmed förbättras systemets prestanda, effektivitet och responsivitet.
Här är några av fördelarna med caching:
- Minskade svarstider
- Snabbare laddning och respons för webbplatser och applikationer
- Minskad onödig resursanvändning
- Mindre belastning på backend-servrar
- Databasen skyddas från frekventa, tunga frågor
Redis: En översikt
Redis är en datalagringslösning med öppen källkod som lagrar data i minnet. Data lagras som nyckel-värdepar. Förutom att fungera som en cache, kan Redis också användas som en databas, meddelandehanterare eller köhanterare.
Eftersom Redis körs i minnet får du svarstider på under millisekunder. Att hämta data från minnet är betydligt snabbare än från disk. Detta ger en mycket hög genomströmning med många läs- och skrivoperationer per sekund.
När man jämför Redis med Memcached, stöder Redis ett bredare utbud av datastrukturer. Du kan lagra text eller binär data som strängar (max 512 MB). För objekt kan du använda fält-värdepar, så kallade ”hashes”. Om du behöver lagra en samling strängar kan du använda listor, uppsättningar eller sorterade uppsättningar.
Det finns klientbibliotek tillgängliga för många programmeringsspråk, inklusive Java, Python, Go, Node.js, C# och .Net. Dessutom har Redis ett inbyggt kommandoradsverktyg, ”redis-cli”, som gör att du snabbt kan kontrollera att servern fungerar korrekt. Du kan även skicka kommandon för att läsa, skriva eller ändra data.
Fördelarna med Redis
- Redis är en gratis lösning med öppen källkod.
- Det finns officiella klienter för de flesta populära programmeringsspråk.
- Kan användas som cache, meddelandehanterare, databas eller köhanterare.
- Hög prestanda med svarstider på under millisekunder.
- Flera inbyggda datastrukturer som strängar, listor, uppsättningar och sorterade uppsättningar.
- Hög tillgänglighet och skalbarhet med en primär-replikeringsarkitektur.
Låt oss nu titta närmare på Memcached.
Memcached: En översikt
Memcached är ett gratis, distribuerat cachesystem med öppen källkod för minnesobjekt. Systemet erbjuder mycket hög prestanda. Det lagrar nyckel-värdepar i minnet för små mängder godtycklig data. Innan vi jämför Redis och Memcached, ska vi se vad Memcached gör.
Minnet i ett datorsystem är inte jämnt fördelat. Det lediga minnet finns i olika bitar och storlekar. Memcached gör det möjligt att använda tillgängligt minne från olika delar av systemet. På så sätt tas minnet där det finns överskott och används där det behövs.
Memcached-servrar är en enkel nyckel-värde-lagring som inte tolkar data. Den lagrar förserialiserad rådata tillsammans med en nyckel, en utgångstid och valfria flaggor. Dessutom finns det inget inbyggt stöd för datastrukturer.
Till skillnad från Redis kommunicerar inte Memcached-servrar med varandra. Synkronisering, replikering eller broadcast stöds inte. Detta förenklar cachetillgänglighet och ogiltigförklaring. Som klient tar du bort eller skriver över data direkt på servern som äger den.
Memcached ger mycket hög prestanda tack vare sin enkla arkitektur. På en snabb maskin med ett höghastighetsnätverk kan Memcached hantera över 200 000 förfrågningar per sekund.
Fördelar med Memcached
- Snabbare hämtning eftersom data lagras i minnet.
- API:er finns tillgängliga för de vanligaste programmeringsspråken.
- Minskar behovet av upprepade datasökningar genom att cachelagra resultat.
- Cachelagrar databasresultat, API-svar eller renderade webbsidor.
- Hjälper till att återta fragmenterat minne.
- Använder ”least recently used” (LRU) caching, med objekt som går ut efter en viss tid.
- Möjlighet att bygga egna abstraktioner ovanpå Memcached.
Nu ska vi utforska skillnaderna mellan Redis och Memcached.
Redis vs. Memcached: Jämförelsetabell
| Funktioner | Redis | Memcached |
| Datastrukturer | Stöder datastrukturer som strängar, listor, uppsättningar, sorterade uppsättningar | Inget stöd för datastrukturer. Lagrar förserialiserad rådata |
| Datastorlek | Lagrar värden upp till 512 MB | Lagrar värden upp till 1 MB |
| Disk Storage Support | Stöder disklagring med Redis Database File (RDB) eller Append-Only Files (AOF) | Inget inbyggt stöd för disklagring. Verktyg från tredje part som libmemcached kan användas |
| Trådar | Enkeltrådad | Flertrådad |
| Replikering | Har en primär-replikeringsarkitektur | Stöder inte replikering |
| Cache Eviction | Använder ”least recently used” policy (LRU). Andra policyer kan konfigureras. | Använder ”least recently used” policy (LRU). |
| Programmeringsspråk | Stöder de vanligaste programmeringsspråken. | Stöder de vanligaste programmeringsspråken. |
Nu ska vi titta på några användningsområden för Redis och Memcached.
Användningsområden för Redis och Memcached
#1. E-handel i stor skala: Shopify
Om du någon gång har velat sälja produkter online har du säkert stött på Shopify. Det är en e-handelsplattform som gör det enkelt att skapa en onlinebutik. Shopify hanterar 80 000 förfrågningar per sekund och stöder 600 000 handlare. Att hantera den trafiken med minimala svarstider är en utmaning.
För att hantera det använder Shopify både Memcached och Redis i sin tekniska infrastruktur. Kärnan i Shopify är en enkel arkitektur med MySQL för databasen, Memcached som nyckel-värde-lagring och Redis för köhantering. Ibland behöver man inte välja mellan Redis och Memcached, utan kan använda båda i applikationsarkitekturen.
I alla e-handelsplattformar finns mycket statisk data som inte ändras så ofta, som produktbilder, beskrivningar och butiksinformation. Istället för att hämta denna data vid varje förfrågan, kan den lagras i en nyckel-värde-lagring för att snabba upp systemet och förbättra prestandan.
Att använda en cachelösning som Memcached för statiskt innehåll minskar belastningen på backend-servrar och databaser.
#2. Distribuerad applikationsdatacaching: Pinterest
Pinterest är en populär plats för inspiration. Användarna kan utforska pins och anslagstavlor som andra skapat. Bakom kulisserna pågår en komplex process. Varje förfrågan som tas emot går igenom flera olika tjänster och utför en mängd beräkningar. Det handlar om att titta på pins och rekommendationer.
För att skydda backend-tjänsterna och undvika upprepade beräkningar, använder Pinterest en distribuerad cache. Den lagrar resultatet av upprepade beräkningar. Förfrågningarna behöver därmed inte gå till de beräknings- eller lagringskrävande tjänsterna och databaserna. Istället tar cachen upp en stor del av trafiken. Pinterests cachelager sträcker sig över tusentals maskiner och hanterar över 150 miljoner förfrågningar per sekund.
Pinterests cachelager bygger på Memcached och mcrouter. Tack vare dess asynkrona, händelsedrivna natur och flertrådiga hantering är Memcached extremt effektivt. Dess enkla arkitektur gör det möjligt att bygga egna abstraktioner och skala horisontellt. Det är så Pinterest hanterar sin trafik.
#3. Hantera datasäkerhet i stor skala: CloudSponge
CloudSponge är en tjänst som gör det enkelt för användare att skicka inbjudningar, kuponger och gratulationskort. Den hjälper användarna att importera från alla större adressböcker, så att de inte behöver mata in kontakternas e-postadresser manuellt.
CloudSponge hanterar nästan 2 biljoner e-postadresser per år. Detta skapar utmaningar gällande säkerhet, eftersom alla sårbarheter i systemet kan ge hackare möjlighet att stjäla data.
Redis kan användas till mer än bara cachning, vilket CloudSponge har insett. Redis håller all kontaktdata i minnet. Data lagras tillräckligt länge för att kunderna ska kunna hämta den, sedan raderas den. Ingen data sparas på disken, även om det finns en möjlighet till det i Redis.
#4. Andra vanliga användningsområden för cachelösningar
Här är några andra scenarier där cachelösningar används:
❇️ Chattmeddelandesystem
Cachelösningar är en viktig komponent i ett chattmeddelandesystem. Du kan lagra frekvent data som användarprofiler, kontaktlistor och de senaste meddelandena. Detta minskar belastningen på databasen och ökar systemets responsivitet.
Realtidsfunktioner, som skrivindikatorer och närvaromeddelanden, kan också dra nytta av cachning. Med en distribuerad cache kan du skala dina backend-servrar utan att behöva skala upp dina cachelager.
❇️ Platstjänster
Platstjänster, som avståndsberäkningar, ankomsttider och närliggande rekommendationer, använder cachar som lagrar platsdata. Platsdata lagras i form av ett geospatialt index.
Ett geospatialt index gör det möjligt att lagra platsen för valfritt objekt i datalagret. Redis har stöd för geospatiala index som standard. Tack vare att informationen hämtas från minnet kan platsinformation delas effektivt i realtid.
❇️ Analys i realtid
Onlinespel är en stor industri. Spelare i co-op-spel eller fantasysportappar behöver snabba svar för att fatta beslut och göra ändringar.
Med hjälp av en cache kan du ha realtidsanalyser, till exempel topplistor. För appar som fantasysport kan du lagra spelarstatistik och information i cachen för att öka appens prestanda.
Vilket alternativ ska du välja?
Redis är ett mångsidigt alternativ med stöd för flera olika datastrukturer, vilket gör det lämpligt för applikationer som kräver mer än bara grundläggande cachning. Svarstider på under millisekunder och hög genomströmning, i kombination med klientbibliotek för många programmeringsspråk, gör det till en stark kandidat för system som kräver både hastighet och flexibilitet. Det finns också inbyggt stöd för att spara data på disk om det behövs.
Memcached utmärker sig däremot i enkelhet och snabb cachehantering. Det är ett idealiskt val när du behöver cachelagra förserialiserad rådata. Det utnyttjar minnet på ett effektivt sätt och ger hög prestanda, särskilt på snabba maskiner med höghastighetsnätverk.
För att göra rätt val mellan Redis och Memcached bör du överväga din applikations komplexitet, datastrukturkrav och skalbarhetsbehov. Redis passar bäst i situationer där du behöver flera datastrukturer och mer avancerade funktioner, medan Memcached ger lägst svarstider och högst genomströmning i enkla, högpresterande cachningsscenarier.
Valet mellan Redis och Memcached beror på ditt projekts specifika mål och begränsningar. Ibland räcker det inte med att cachelagra programdata.
Lär dig mer om hur du ställer in en lokal DNS-cacheserver på Linux.