Nên chọn giải pháp bộ nhớ đệm nào và tại sao

Giải pháp bộ nhớ đệm giúp bạn tăng tốc hiệu suất ứng dụng của mình. Khi tìm kiếm giải pháp bộ nhớ đệm tốt nhất, làm lại Và Memcached trở thành hai trong số những lựa chọn phổ biến nhất.

Nhưng làm thế nào để bạn quyết định nên chọn cái nào khi so sánh Redis với Memcached? Hướng dẫn này sẽ giúp bạn hiểu những gì cả hai đều cung cấp và đưa bạn đến quyết định sáng suốt.

Cho dù bạn đang tìm cách tăng tốc độ ứng dụng, giảm tải cơ sở dữ liệu hay mở rộng quy mô hệ thống một cách liền mạch thì việc hiểu các giải pháp bộ nhớ đệm là điều quan trọng.

Mặc dù Redis và Memcached có thể được sử dụng làm giải pháp bộ nhớ đệm ứng dụng nhưng chúng có các tính năng riêng. Một mặt, cả hai đều cung cấp cho bạn độ trễ dưới một phần nghìn giây và thông lượng cao; mặt khác, chúng khác nhau về các tính năng như hỗ trợ cấu trúc dữ liệu và lưu trữ.

Nhưng trước khi đi sâu vào Redis so với Memcached, hãy xem xét bộ nhớ đệm.

Bộ nhớ đệm là gì và tại sao bạn cần nó?

Khi bạn thực hiện bất kỳ thao tác nào trong ứng dụng của mình, nó sẽ sử dụng hết tài nguyên hệ thống của bạn. Đó có thể là quá trình xử lý của bạn khi bạn đang chạy một tác vụ sử dụng nhiều CPU. Hoặc nó có thể là một tác vụ sử dụng nhiều mạng như đọc từ tệp hoặc cơ sở dữ liệu.

Hiệu suất hệ thống của bạn bị ảnh hưởng khi bạn thực hiện cùng một tác vụ CPU hoặc sử dụng nhiều mạng nhiều lần. Hãy xem xét tình huống trong đó bạn đang tra cứu một số dữ liệu từ cơ sở dữ liệu và truy vấn của bạn rất phức tạp. Không chỉ mất thời gian để tính toán và tìm nạp dữ liệu từ cơ sở dữ liệu mà việc thực hiện một truy vấn phức tạp sẽ sử dụng nhiều tài nguyên cơ sở dữ liệu của bạn hơn.

Bây giờ, hãy tưởng tượng nếu không có thay đổi nào trong kết quả truy vấn giữa hai yêu cầu liên tiếp. Tuy nhiên, cuối cùng bạn vẫn phải chạy cùng một truy vấn đắt tiền mỗi khi bạn cần dữ liệu. Chà, nếu có một giải pháp thay thế thì sao? Đây là lúc bộ nhớ đệm phát huy tác dụng.

Về cốt lõi, bộ nhớ đệm liên quan đến việc lưu trữ dữ liệu được truy cập thường xuyên trong bộ nhớ tốc độ cao. Điều này cho phép bạn nhanh chóng truy xuất nó khi dữ liệu được yêu cầu lại. Ngoài ra, bạn loại bỏ nhu cầu lặp lại các hoạt động tiêu tốn nhiều tài nguyên – chẳng hạn như truy vấn cơ sở dữ liệu hoặc các phép tính phức tạp. Do đó, bạn cải thiện hiệu suất, hiệu quả và khả năng phản hồi của hệ thống.

Dưới đây là những lợi ích bạn nhận được từ bộ nhớ đệm:

• Độ trễ của bạn giảm đi
• Trang web và ứng dụng của bạn tải và phản hồi nhanh hơn
• Giảm việc sử dụng tài nguyên không cần thiết
• Bạn sẽ bớt căng thẳng hơn trên các máy chủ phụ trợ
• Cơ sở dữ liệu của bạn được bảo vệ khỏi các truy vấn nặng thường xuyên chạy

Redis: Tổng quan

làm lại là một kho lưu trữ dữ liệu nguồn mở hoạt động trong bộ nhớ. Bạn lưu trữ dữ liệu theo cặp khóa-giá trị. Bên cạnh việc sử dụng nó làm giải pháp bộ nhớ đệm, bạn có thể sử dụng Redis làm cơ sở dữ liệu, trình trung chuyển tin nhắn hoặc hàng đợi.

Vì Redis chạy trong bộ nhớ nên độ trễ truy vấn có độ trễ dưới một phần nghìn giây. Lấy dữ liệu từ bộ nhớ nhanh hơn nhiều so với từ đĩa. Do đó, bạn nhận được thông lượng rất cao và có thể thực hiện nhiều thao tác đọc và ghi mỗi giây.

Khi bạn so sánh Redis với Memcached, Redis hỗ trợ nhiều loại cấu trúc dữ liệu. Bạn có thể lưu trữ bất kỳ văn bản hoặc dữ liệu nhị phân nào dưới dạng Chuỗi (kích thước tối đa 512 MB). Nếu bạn cần lưu trữ các đối tượng thì bạn có thể sử dụng các cặp giá trị trường được gọi là Băm. Nếu bạn phải lưu trữ một bộ sưu tập Chuỗi, bạn có thể sử dụng Danh sách, Bộ hoặc Bộ được sắp xếp.

Bạn nhận được hỗ trợ thư viện máy khách cho các ngôn ngữ lập trình chính – Java, Python, Go, NodeJs, C# (C-Sharp) và .Net (Dot Net). Ngoài ra, khi cài đặt Redis, bạn sẽ nhận được một công cụ tiện ích dòng lệnh dựng sẵn có tên là redis-cli. Công cụ CLI này cho phép bạn nhanh chóng kiểm tra xem máy chủ Redis của bạn có hoạt động tốt không. Bạn cũng có thể gửi lệnh để đọc, ghi hoặc sửa đổi dữ liệu.

Lợi ích của Redis

• Redis là mã nguồn mở và có sẵn miễn phí
• Có khách hàng chính thức cho các ngôn ngữ lập trình chính
• Bạn có thể sử dụng nó làm giải pháp bộ nhớ đệm, trình trung chuyển tin nhắn, cơ sở dữ liệu hoặc hàng đợi
• Nó cung cấp hiệu suất rất cao với độ trễ dưới một phần nghìn giây
• Bạn nhận được một số cấu trúc dữ liệu tích hợp như Chuỗi, Danh sách, Bộ và Bộ được sắp xếp
• Với kiến ​​trúc bản sao chính, bạn sẽ có được tính sẵn sàng và khả năng mở rộng cao

Tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về Memcached.

Memcached: Tổng quan

Memcached là một hệ thống bộ nhớ đệm đối tượng bộ nhớ phân tán miễn phí và mã nguồn mở. Nó cung cấp hiệu suất rất cao. Bạn nhận được một kho lưu trữ khóa-giá trị trong bộ nhớ cho các khối dữ liệu nhỏ tùy ý. Nhưng trước khi so sánh Redis với Memcached, hãy xem chính xác Memcached làm gì.

Bộ nhớ trong hệ thống máy tính của bạn không được phân bổ đều. Bộ nhớ trống hiện diện ở các khối tùy ý và có kích thước khác nhau. Memcached cho phép bạn truy cập bộ nhớ khả dụng từ các phần khác nhau của hệ thống. Do đó, bạn lấy bộ nhớ từ nơi dư thừa và sử dụng nó khi cần thiết.

Là một kho lưu trữ khóa-giá trị đơn giản, máy chủ Memcached không hiểu dữ liệu đại diện cho điều gì. Bạn lưu trữ dữ liệu được tuần tự hóa thô cùng với khóa, thời gian hết hạn và cờ tùy chọn. Hơn nữa, bạn cũng không nhận được bất kỳ hỗ trợ nào cho cấu trúc dữ liệu dựng sẵn.

So với Redis, các máy chủ Memcached không liên lạc với nhau. Bạn không nhận được đồng bộ hóa, sao chép hoặc phát sóng. Do đó, tính khả dụng và vô hiệu của bộ đệm được đơn giản hóa. Với tư cách là khách hàng, bạn xóa hoặc ghi đè dữ liệu trực tiếp trên máy chủ sở hữu dữ liệu đó.

Chính vì kiến ​​trúc cực kỳ đơn giản này nên Memcached mang đến cho bạn hiệu suất rất cao. Trên một máy nhanh với mạng tốc độ cao, bạn có thể dễ dàng yêu cầu Memcached xử lý hơn 200.000 yêu cầu mỗi giây.

Lợi ích của Memcached

• Vì sử dụng dữ liệu trong bộ nhớ nên tốc độ truy xuất nhanh hơn so với đĩa truyền thống
• Có sẵn API cho các ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất
• Memcached giảm nhu cầu tra cứu dữ liệu lặp đi lặp lại bằng kết quả lưu vào bộ nhớ đệm
• Bạn có thể lưu trữ kết quả cơ sở dữ liệu, phản hồi API hoặc thậm chí các trang web được hiển thị
• Nó giúp bạn lấy lại bộ nhớ bị phân mảnh
• Nó sử dụng bộ nhớ đệm được sử dụng ít nhất gần đây và các mục sẽ hết hạn sau một thời gian nhất định
• Bạn có thể xây dựng phần tóm tắt của riêng mình dưới dạng Memcached

Tiếp theo, chúng ta sẽ khám phá sự khác biệt giữa Redis và Memcached.

Redis và Memcached: Bảng so sánh

Tính năngRedisMemcachedCấu trúc dữ liệuCó hỗ trợ cho các cấu trúc dữ liệu dựng sẵn như Chuỗi, Danh sách, Bộ, Bộ được sắp xếpKhông hỗ trợ cho các cấu trúc dữ liệu dựng sẵn. Dữ liệu được tuần tự hóa thô được lưu trữ Kích thước dữ liệuCó thể lưu trữ các giá trị có kích thước lên tới 512 MBCó thể lưu trữ các giá trị có kích thước lên tới 1 MBHỗ trợ lưu trữ trên đĩaHỗ trợ lưu trữ đĩa nguyên bản bằng cách sử dụng Tệp cơ sở dữ liệu Redis (RDB) hoặc Tệp chỉ nối thêm (AOF)Không có hỗ trợ gốc để ghi vào đĩa. Các công cụ của bên thứ ba như công cụ libmemcached có sẵnThreadingIt’s single-threadedIt’s multi-threadedReplicationCó kiến ​​trúc bản sao chính cho phép nó có bản saoKhông hỗ trợ sao chépXóa bộ nhớ đệmSử dụng chính sách Ít được sử dụng gần đây nhất để loại bỏ bộ nhớ đệm. Có thể định cấu hình các chính sách khácSử dụng chính sách Ít được sử dụng gần đây nhất để xóa bộ nhớ đệmNgôn ngữ lập trìnhHỗ trợ các ngôn ngữ lập trình chínhHỗ trợ các ngôn ngữ lập trình chính

Bây giờ, hãy xem xét một số trường hợp sử dụng được Redis và Memcached giải quyết.

Các trường hợp sử dụng cho Redis và Memcached

#1. Phục vụ thương mại điện tử ở quy mô: Shopify

Nếu bạn đã từng tìm kiếm cách bán sản phẩm trực tuyến thì rất có thể bạn đã biết đến Shopify. Đó là nền tảng thương mại điện tử đa kênh cho phép bạn dễ dàng tạo cửa hàng trực tuyến cho doanh nghiệp của mình. Vào thời điểm cao điểm, Shopify phục vụ 80 nghìn yêu cầu mỗi giây, hỗ trợ 600 nghìn thương nhân. Tuy nhiên, việc xử lý lưu lượng truy cập như vậy với độ trễ tối thiểu là một thách thức.

Để giải quyết vấn đề này, Shopify sử dụng cả Memcached và Redis trong kho công nghệ của mình. Về cốt lõi, Shopify có kiến ​​trúc khá đơn giản sử dụng MySQL cho cơ sở dữ liệu, Memcached làm kho lưu trữ khóa-giá trị và Redis cho hàng đợi. Đôi khi, bạn không cần phải nhìn vào Redis và Memcached. Đúng hơn, bạn có thể sử dụng cả hai trong kiến ​​trúc ứng dụng của mình.

Khi bạn xem bất kỳ nền tảng thương mại điện tử nào, có rất nhiều dữ liệu tĩnh không thay đổi thường xuyên. Điều này bao gồm những thứ như hình ảnh mặt hàng, mô tả và thông tin cửa hàng. Thay vì truy vấn tất cả những dữ liệu này cho mọi yêu cầu, việc lưu trữ chúng trong kho lưu trữ khóa-giá trị giúp hệ thống hoạt động nhanh và cải thiện hiệu suất.

Việc sử dụng giải pháp bộ nhớ đệm như Memcached để phân phát nội dung tĩnh giúp giảm tải từ máy chủ phụ trợ và cơ sở dữ liệu của bạn.

#2. Bộ nhớ đệm dữ liệu ứng dụng phân tán: Pinterest

Pinterest đã phát triển trở thành không gian lớn nhất nơi mọi người tìm đến để tìm cảm hứng. Bạn có thể truy cập Pinterest và xem tất cả các ghim và bảng mà người khác đã tạo. Phía sau hậu trường, có rất nhiều điều đang diễn ra. Mỗi yêu cầu đến đều phải trải qua một số dịch vụ khác nhau và thực hiện một lượng tính toán lớn. Điều này liên quan đến việc xem xét các chân và đề xuất.

Để bảo vệ các dịch vụ phụ trợ và tránh lặp lại các phép tính, Pinterest sử dụng lớp bộ nhớ đệm phân tán. Điều này lưu trữ kết quả của các tính toán lặp đi lặp lại. Do đó, các yêu cầu không đến được các dịch vụ và cơ sở dữ liệu đắt tiền về tính toán hoặc lưu trữ. Đúng hơn, bộ đệm sẽ hấp thụ một phần lưu lượng đáng kể. Lớp bộ nhớ đệm của Pinterest trải rộng trên hàng nghìn máy và phục vụ hơn 150 triệu yêu cầu mỗi giây.

Nếu bạn nhìn vào cách Pinterest quản lý lớp bộ nhớ đệm của nó, bạn sẽ thấy nó chạy Memcached và máy tính như xương sống của nó. Do tính chất hướng sự kiện không đồng bộ và xử lý đa luồng, Memcached cực kỳ hiệu quả. Thêm vào đó là thực tế là nó có kiến ​​trúc rất đơn giản. Bạn có thể xây dựng các bản tóm tắt của riêng mình và chia tỷ lệ chúng theo chiều ngang. Đó là cách Pinterest xử lý lưu lượng truy cập của mình.

#3. Xử lý bảo mật dữ liệu ở quy mô lớn: CloudSponge

Nếu bạn đang tìm kiếm phần mềm dưới dạng dịch vụ (SaaS) cho phép người dùng nhanh chóng gửi lời mời, phiếu giảm giá hoặc thiệp chúc mừng thì CloudSponge chính là câu trả lời. Nó giúp người dùng nhập tất cả các sổ địa chỉ chính để người dùng không phải nhập địa chỉ email liên hệ theo cách thủ công.

Chỉ trong một năm, CloudSponge xử lý gần 2 nghìn tỷ địa chỉ email thông qua các máy chủ của mình. Điều này đi kèm với thách thức bảo mật riêng vì bất kỳ lỗ hổng nào trong hệ thống đều có thể tạo cơ hội cho tin tặc đánh cắp dữ liệu.

Bạn có thể sử dụng Redis không chỉ là một giải pháp bộ nhớ đệm. Đây chính xác là những gì CloudSponge thực hiện. Redis giữ tất cả dữ liệu liên lạc trong bộ nhớ. Dữ liệu được lưu giữ đủ lâu để khách hàng có thể lấy lại. Sau đó, nó sẽ bị xóa. Không có dữ liệu nào được lưu vào đĩa, mặc dù Redis cung cấp tùy chọn đó.

#4. Các cách sử dụng phổ biến khác cho giải pháp bộ nhớ đệm

Dưới đây là một số tình huống phổ biến khác khi sử dụng giải pháp bộ nhớ đệm:

❇️ Hệ thống nhắn tin trò chuyện

Nếu bạn đang tạo hệ thống nhắn tin trò chuyện của riêng mình thì giải pháp bộ nhớ đệm là một thành phần vô giá mà bạn cần trong kiến ​​trúc của mình. Bạn có thể lưu trữ dữ liệu thường xuyên truy cập như hồ sơ người dùng, danh sách liên hệ và tin nhắn gần đây. Ngược lại, điều này giúp giảm căng thẳng cho cơ sở dữ liệu và tăng cường khả năng phản hồi của hệ thống.

Các tính năng thời gian thực như chỉ báo gõ và thông báo hiện diện cũng được hưởng lợi từ bộ nhớ đệm. Nếu đang sử dụng bộ đệm được phân phối thì bạn có thể mở rộng quy mô máy chủ phụ trợ của mình mà không cần phải mở rộng quy mô bộ đệm.

❇️ Dịch vụ định vị

Nếu bạn mở một ứng dụng và xem các dịch vụ dựa trên vị trí như ước tính khoảng cách, thời gian đến và các đề xuất lân cận, thì bạn đang dựa vào bộ nhớ đệm được điều chỉnh cho dữ liệu vị trí. Dữ liệu vị trí được lưu trữ dưới dạng chỉ mục không gian địa lý.

Với chỉ mục không gian địa lý, bạn có thể lưu trữ vị trí của bất kỳ đối tượng nào trong kho dữ liệu của mình. Redis hỗ trợ các chỉ mục không gian địa lý theo mặc định. Do được phục vụ từ bộ nhớ nên thông tin vị trí có thể được chia sẻ một cách hiệu quả trong thời gian thực.

❇️ Phân tích thời gian thực

Chơi game trực tuyến đã phát triển thành một ngành công nghiệp lớn. Bạn có thể quen thuộc với trò chơi di động co-op hoặc ứng dụng thể thao giả tưởng trong đó người chơi dựa vào độ trễ dưới giây để đưa ra quyết định hoặc thực hiện thay đổi.

Bằng cách sử dụng bộ đệm, bạn có thể có các phân tích theo thời gian thực như duy trì bảng xếp hạng. Đối với các ứng dụng như thể thao ảo, bạn có thể lưu trữ thông tin và số liệu thống kê về người chơi trong lớp bộ nhớ đệm để tăng hiệu suất ứng dụng.

BẠn nên chọn cái nào?

Redis nổi bật như một tùy chọn linh hoạt với khả năng hỗ trợ nhiều cấu trúc dữ liệu khác nhau, khiến nó phù hợp với các ứng dụng của bạn yêu cầu nhiều thứ hơn là chỉ bộ nhớ đệm cơ bản. Độ trễ truy vấn dưới một phần nghìn giây và thông lượng cao, cùng với sự hỗ trợ của thư viện máy khách cho các ngôn ngữ lập trình chính, khiến nó trở thành đối thủ nặng ký cho các hệ thống đòi hỏi cả tốc độ và tính linh hoạt. Bạn cũng nhận được sự hỗ trợ riêng cho việc lưu dữ liệu vào đĩa nếu bạn yêu cầu.

Mặt khác, Memcached lại vượt trội khi có tính đơn giản và bộ nhớ đệm tốc độ cao. Đó là một lựa chọn lý tưởng cho bạn khi trường hợp sử dụng của bạn là lưu trữ dữ liệu thô, được tuần tự hóa trước. Nó sử dụng hiệu quả bộ nhớ có sẵn trên các phần khác nhau trong hệ thống của bạn. Kiến trúc đơn giản của Memcached mang lại hiệu suất rất cao, đặc biệt trên các máy nhanh có mạng tốc độ cao.

Để đưa ra lựa chọn đúng đắn giữa Redis và Memcached, hãy xem xét các yếu tố như độ phức tạp của ứng dụng, yêu cầu về cấu trúc dữ liệu và nhu cầu về khả năng mở rộng. Redis rất phù hợp cho các tình huống mà bạn yêu cầu cấu trúc dữ liệu đa dạng và các tính năng nâng cao hơn, trong khi Memcached cung cấp cho bạn độ trễ thấp nhất và thông lượng cao nhất trong các tình huống bộ nhớ đệm đơn giản, hiệu suất cao.

Khi nói đến Redis so với Memcached, quyết định cuối cùng phải phù hợp với các mục tiêu và ràng buộc cụ thể của dự án của bạn. Đôi khi, bộ nhớ đệm dữ liệu ứng dụng có thể không đủ.

Tiếp theo, hãy xem cách thiết lập máy chủ bộ đệm DNS cục bộ trên Linux.