Podėliavimo strategijų palyginimas: „Redis“ ir „Memcached“ pasaulinėms programoms

Šiuolaikiniame sparčiai kintančiame skaitmeniniame pasaulyje efektyvus duomenų gavimas yra labai svarbus siekiant užtikrinti išskirtinę vartotojo patirtį. Podėliavimas (angl. caching) – tai technika, leidžianti dažnai naudojamus duomenis saugoti lengvai pasiekiamoje vietoje. Ji atlieka lemiamą vaidmenį optimizuojant programų našumą. Tarp įvairių galimų podėliavimo sprendimų „Redis“ ir „Memcached“ išsiskiria kaip populiariausi pasirinkimai. Šis išsamus vadovas gilinsis į „Redis“ ir „Memcached“ subtilybes, palygins jų funkcijas, našumo charakteristikas ir tinkamumą skirtingiems naudojimo atvejams, ypač pasaulinių programų kontekste.

Podėliavimo supratimas ir jo svarba

Podėliavimas – tai duomenų kopijų saugojimo procesas podėlyje (angl. cache), kuris yra laikina saugykla, greitesnė ir artimesnė programai nei pirminis duomenų šaltinis. Kai programai reikia pasiekti duomenis, ji pirmiausia patikrina podėlį. Jei duomenys yra podėlyje („podėlio pataikymas“), jie greitai atkuriami, išvengiant poreikio kreiptis į lėtesnį pirminį duomenų šaltinį. Jei duomenų nėra podėlyje („podėlio nepataikymas“), programa gauna duomenis iš pirminio šaltinio, išsaugo kopiją podėlyje ir tada pateikia duomenis vartotojui. Vėlesnės užklausos dėl tų pačių duomenų bus aptarnaujamos iš podėlio.

Podėliavimas suteikia keletą privalumų:

• Geresnis našumas: Sumažintas delsimas ir greitesnis atsako laikas.
• Sumažinta vidinių sistemų apkrova: Sumažinta duomenų bazės apkrova ir pagerintas mastelio keitimas.
• Pagerinta vartotojo patirtis: Greitesnis puslapių įkėlimas ir sklandesnė sąveika.
• Išlaidų taupymas: Sumažintos infrastruktūros išlaidos, nes sumažėja brangių duomenų bazės išteklių poreikis.

Pasaulinėms programoms, aptarnaujančioms vartotojus skirtingose geografinėse vietovėse, podėliavimas tampa dar svarbesnis. Saugant duomenis arčiau vartotojų, sumažinamas tinklo delsimas ir užtikrinama greitesnė reakcija, nepriklausomai nuo jų buvimo vietos. Turinio pristatymo tinklai (CDN) dažnai naudoja podėliavimą statiniam turtui, pavyzdžiui, paveikslėliams ir vaizdo įrašams, paskirstyti keliuose serveriuose visame pasaulyje.

„Redis“: universali atminties duomenų saugykla

„Redis“ (Remote Dictionary Server) yra atvirojo kodo, atmintyje veikianti duomenų saugykla, kuri gali būti naudojama kaip podėlys, pranešimų tarpininkas ir duomenų bazė. Ji palaiko platų duomenų struktūrų spektrą, įskaitant eilutes, maišos (hashes) lenteles, sąrašus, aibes ir rikiuotas aibes, todėl tai yra universalus sprendimas įvairiems podėliavimo ir duomenų valdymo poreikiams. „Redis“ yra žinoma dėl savo didelio našumo, mastelio keitimo galimybių ir gausaus funkcijų rinkinio.

Pagrindinės „Redis“ savybės:

• Duomenų struktūros: Palaiko įvairias duomenų struktūras, ne tik paprastas rakto ir reikšmės poras, leidžiančias įgyvendinti sudėtingesnius podėliavimo scenarijus.
• Pastovumas: Siūlo duomenų išsaugojimo (persistence) parinktis, užtikrinančias, kad duomenys nebus prarasti serverio perkrovimo atveju. RDB (momentinė kopija) ir AOF (tik pridedamas failas) yra du pagrindiniai išsaugojimo metodai.
• Transakcijos: Palaiko ACID transakcijas atomiškoms operacijoms.
• Pub/Sub: Suteikia publikavimo/prenumeratos (publish/subscribe) pranešimų sistemą realaus laiko komunikacijai.
• „Lua“ scenarijų kūrimas: Leidžia vykdyti „Lua“ scenarijus sudėtingoms operacijoms tiesiogiai serveryje.
• Klasterizavimas: Palaiko klasterizavimą horizontaliam mastelio keitimui ir dideliam pasiekiamumui.
• Replikacija: Palaiko „master-slave“ replikaciją duomenų dubliavimui ir skaitymo mastelio keitimui.
• Išstūmimo politikos: Konfigūruojamos išstūmimo politikos, skirtos automatiškai pašalinti duomenis, kai atmintis yra pilna, pavyzdžiui, mažiausiai neseniai naudotų (LRU) arba mažiausiai dažnai naudotų (LFU).

„Redis“ naudojimo atvejai:

• Sesijų podėliavimas: Vartotojo sesijos duomenų saugojimas greitesniam pasiekiamumui ir geresniam mastelio keitimui.
• Pilno puslapio podėliavimas: Visų tinklalapių podėliavimas, siekiant sumažinti programos serverio apkrovą.
• Objektų podėliavimas: Dažnai naudojamų duomenų bazės objektų podėliavimas.
• Pranešimų eilė: „Redis“ naudojimas kaip pranešimų tarpininko asinchroniniam ryšiui tarp paslaugų.
• Realaus laiko analizė: Realaus laiko duomenų saugojimas ir apdorojimas analitikos prietaisų skydeliams.
• Lyderių lentelės ir taškų skaičiavimas: Lyderių lentelių ir taškų skaičiavimo sistemų įgyvendinimas naudojant rikiuotas aibes.
• Geoerdviniai duomenys: Geoerdvinių duomenų saugojimas ir užklausų vykdymas.

Pavyzdys: Sesijų podėliavimas su „Redis“

Pasaulinėje e. prekybos programoje „Redis“ gali būti naudojama vartotojų sesijos duomenims, tokiems kaip pirkinių krepšeliai, prisijungimo informacija ir nuostatos, saugoti. Tai leidžia vartotojams sklandžiai naršyti svetainėje iš skirtingų įrenginių ir vietų, nereikalaujant pakartotinio autentifikavimo ar prekių pridėjimo į krepšelį. Tai ypač svarbu vartotojams, kurie gali prisijungti prie svetainės iš šalių su skirtingomis tinklo sąlygomis.

Kodo pavyzdys (konceptualus): // Nustatyti sesijos duomenis redisClient.set("session:user123", JSON.stringify(userData), 'EX', 3600); // Galiojimas baigiasi po 1 valandos // Gauti sesijos duomenis const sessionData = JSON.parse(redisClient.get("session:user123"));

„Memcached“: paprasta ir greita podėliavimo sistema

„Memcached“ yra atvirojo kodo, paskirstyta atminties objektų podėliavimo sistema. Ji sukurta paprastumui ir greičiui, todėl yra populiarus pasirinkimas podėliuoti duomenims, kurie yra dažnai pasiekiami, bet retai keičiami. „Memcached“ ypač tinka statiniam turiniui ir duomenų bazės užklausų rezultatams podėliuoti.

Pagrindinės „Memcached“ savybės:

• Paprasta rakto ir reikšmės saugykla: Saugo duomenis kaip paprastas rakto ir reikšmės poras.
• Saugojimas atmintyje: Saugo duomenis atmintyje greitam pasiekiamumui.
• Paskirstyta architektūra: Gali būti diegiama keliuose serveriuose, siekiant padidinti talpą ir mastelį.
• LRU išstūmimas: Naudoja mažiausiai neseniai naudotų (LRU) algoritmą duomenims išstumti, kai atmintis yra pilna.
• Daugiagijiškumas: Palaiko daugiagijiškumą (multi-threading), kad būtų galima apdoroti kelias vienu metu vykdomas užklausas.

„Memcached“ naudojimo atvejai:

• Objektų podėliavimas: Dažnai naudojamų duomenų bazės objektų podėliavimas.
• Tinklalapių podėliavimas: Visų tinklalapių ar jų fragmentų podėliavimas.
• API podėliavimas: API atsakymų podėliavimas, siekiant sumažinti vidinių sistemų apkrovą.
• Paveikslėlių podėliavimas: Paveikslėlių ir kito statinio turto podėliavimas.
• HTML fragmentų podėliavimas: Pakartotinai naudojamų HTML fragmentų podėliavimas.

Pavyzdys: Duomenų bazės užklausų rezultatų podėliavimas su „Memcached“

Pasaulinė naujienų svetainė gali naudoti „Memcached“ dažnai vykdomų duomenų bazės užklausų rezultatams, tokiems kaip naujausių naujienų straipsnių ar populiarių temų gavimas, podėliuoti. Tai gali žymiai sumažinti duomenų bazės apkrovą ir pagerinti svetainės atsako laiką, ypač didelio srauto laikotarpiais. Skirtinguose regionuose populiarių naujienų podėliavimas užtikrina lokalizuotą ir aktualų turinio pristatymą vartotojams visame pasaulyje.

Kodo pavyzdys (konceptualus): // Gauti duomenis iš „Memcached“ const cachedData = memcachedClient.get("latest_news"); if (cachedData) { // Naudoti podėlyje esančius duomenis return cachedData; } else { // Gauti duomenis iš duomenų bazės const data = await db.query("SELECT * FROM articles ORDER BY date DESC LIMIT 10"); // Saugoti duomenis „Memcached“ memcachedClient.set("latest_news", data, 300); // Galiojimas baigiasi po 5 minučių return data; }

„Redis“ ir „Memcached“: detalus palyginimas

Nors tiek „Redis“, tiek „Memcached“ yra atmintyje veikiančios podėliavimo sistemos, jos turi aiškių skirtumų, dėl kurių tinka skirtingiems scenarijams.

Duomenų struktūros:

• „Redis“: Palaiko platų duomenų struktūrų spektrą, įskaitant eilutes, maišos lenteles, sąrašus, aibes ir rikiuotas aibes. Tai daro „Redis“ universalesniu sudėtingesniems podėliavimo scenarijams.
• „Memcached“: Palaiko tik paprastas rakto ir reikšmės poras. Dėl šio paprastumo „Memcached“ yra greitesnis atliekant pagrindines podėliavimo operacijas.

Pastovumas:

• „Redis“: Siūlo duomenų išsaugojimo parinktis, užtikrinančias, kad duomenys nebus prarasti serverio perkrovimo atveju. Tai labai svarbu programoms, kurioms reikalingas duomenų patvarumas.
• „Memcached“: Nesiūlo integruoto pastovumo. Duomenys prarandami perkrovus serverį. Dėl to „Memcached“ labiau tinka podėliuoti duomenims, kuriuos galima lengvai atkurti.

Transakcijos:

• „Redis“: Palaiko ACID transakcijas atomiškoms operacijoms. Tai svarbu programoms, kurioms reikalingas duomenų nuoseklumas.
• „Memcached“: Nepalaiko transakcijų.

Mastelio keitimas:

• „Redis“: Palaiko klasterizavimą horizontaliam mastelio keitimui ir dideliam pasiekiamumui.
• „Memcached“: Gali būti diegiama keliuose serveriuose, tačiau neturi integruoto klasterizavimo palaikymo. Duomenims paskirstyti keliuose „Memcached“ serveriuose paprastai naudojamas kliento pusės skaidymas (sharding).

Našumas:

• „Redis“: Paprastai lėtesnis nei „Memcached“ atliekant paprastas rakto ir reikšmės paieškas dėl sudėtingesnių duomenų struktūrų ir funkcijų. Tačiau jo universalumas leidžia efektyviau podėliuoti sudėtingus duomenis.
• „Memcached“: Paprastai greitesnis nei „Redis“ atliekant paprastas rakto ir reikšmės paieškas dėl savo paprastos architektūros.

Sudėtingumas:

• „Redis“: Sudėtingesnis konfigūruoti ir valdyti dėl gausaus funkcijų rinkinio.
• „Memcached“: Paprastesnis konfigūruoti ir valdyti dėl riboto funkcijų rinkinio.

Atminties valdymas:

• „Redis“: Siūlo sudėtingesnes atminties valdymo parinktis, įskaitant skirtingas išstūmimo politikas (LRU, LFU ir kt.).
• „Memcached“: Pirmiausia naudoja LRU išstūmimą.

Bendruomenė ir palaikymas:

• „Redis“: Turi didelę ir aktyvią bendruomenę, teikiančią išsamią dokumentaciją ir palaikymą.
• „Memcached“: Taip pat turi didelę bendruomenę, tačiau dokumentacijos ir palaikymo ištekliai gali būti ne tokie išsamūs kaip „Redis“.

Palyginimo lentelė: „Redis“ ir „Memcached“

Savybė	„Redis“	„Memcached“
Duomenų struktūros	Eilutės, maišos (hashes), sąrašai, aibės, rikiuotos aibės	Rakto ir reikšmės poros
Pastovumas	Taip (RDB, AOF)	Ne
Transakcijos	Taip (ACID)	Ne
Mastelio keitimas	Klasterizavimas	Kliento pusės skaidymas
Našumas (paprastos rakto ir reikšmės poros)	Šiek tiek lėtesnis	Greitesnis
Sudėtingumas	Sudėtingesnis	Paprastesnis
Atminties valdymas	Sudėtingesnis (LRU, LFU ir kt.)	LRU

Tinkamo podėliavimo sprendimo pasirinkimas pasaulinėms programoms

Pasirinkimas tarp „Redis“ ir „Memcached“ priklauso nuo konkrečių jūsų pasaulinės programos reikalavimų. Apsvarstykite šiuos veiksnius:

• Duomenų sudėtingumas: Jei reikia podėliuoti sudėtingas duomenų struktūras, o ne tik paprastas rakto ir reikšmės poras, „Redis“ yra geresnis pasirinkimas. Pavyzdžiui, saugoti vartotojų profilius su įdėtine informacija labiau tinka „Redis“ maišos (hash) duomenų struktūrai.
• Duomenų patvarumas: Jei reikalingas duomenų išsaugojimas, „Redis“ yra vienintelė galimybė. Tai labai svarbu programoms, kuriose duomenų praradimas yra nepriimtinas, pavyzdžiui, sesijų valdymui ar kritiniams konfigūracijos nustatymams.
• Mastelio keitimo reikalavimai: Jei reikia horizontaliai keisti podėliavimo sistemos mastelį, „Redis“ klasterizavimo palaikymas palengvina paskirstyto podėlio valdymą. „Memcached“ taip pat galima keisti mastelį, tačiau tam reikalingas kliento pusės skaidymas, kuris prideda sudėtingumo.
• Našumo poreikiai: Jei jums reikia absoliučiai didžiausio našumo paprastoms rakto ir reikšmės paieškoms, „Memcached“ yra geresnis pasirinkimas. Tačiau „Redis“ dažnai gali suteikti panašų našumą su optimizuotomis konfigūracijomis ir duomenų struktūromis.
• Eksploatacinės išlaidos: „Memcached“ yra paprasčiau nustatyti ir valdyti nei „Redis“. Jei turite ribotus išteklius ar patirtį, „Memcached“ gali būti praktiškesnis pasirinkimas.
• Konkretūs naudojimo atvejai: Apsvarstykite konkrečius podėliavimo scenarijus jūsų programoje. Pavyzdžiui, jei jums reikia pranešimų tarpininko ar realaus laiko analizės galimybių, „Redis“ yra aiškus pasirinkimas.
• Geografinis pasiskirstymas: Apsvarstykite geografinį savo vartotojų pasiskirstymą. CDN naudojimas kartu su „Redis“ arba „Memcached“ gali pagerinti našumą vartotojams skirtinguose regionuose. Podėliavimo strategijas gali tekti pritaikyti konkretiems regionams su skirtingomis tinklo sąlygomis.

Scenarijai ir rekomendacijos:

• Paprastas objektų podėliavimas: Duomenų bazės užklausų rezultatams ar statiniam turiniui, kur nereikalingas pastovumas, podėliuoti, „Memcached“ yra geras pasirinkimas dėl savo paprastumo ir greičio. Pavyzdys: produktų katalogo duomenų podėliavimas e. prekybos svetainėje.
• Sesijų valdymas: Vartotojų sesijos duomenims saugoti „Redis“ yra geresnis pasirinkimas dėl savo pastovumo galimybių. Pavyzdys: vartotojo prisijungimo informacijos ir pirkinių krepšelio duomenų palaikymas.
• Realaus laiko analizė: Realaus laiko duomenims saugoti ir apdoroti „Redis“ yra aiškus pasirinkimas dėl savo duomenų struktūrų ir pub/sub galimybių. Pavyzdys: vartotojų veiklos stebėjimas socialinės medijos platformoje.
• Aukšto mastelio podėliavimas: Programoms, kurioms reikalingas didelis mastelio keitimas, „Redis“ klasterizavimas yra geras pasirinkimas. Pavyzdys: vartotojų profilių podėliavimas dideliame socialiniame tinkle.
• Sudėtingos duomenų struktūros: Programoms, kurioms reikia podėliuoti sudėtingas duomenų struktūras, „Redis“ yra vienintelė galimybė. Pavyzdys: vartotojų profilių su įdėtine informacija saugojimas.

Pavyzdys: Pasaulinė e. prekybos programa

Apsvarstykite pasaulinę e. prekybos programą, aptarnaujančią klientus keliose šalyse. Ši programa galėtų naudoti „Redis“ ir „Memcached“ derinį, kad optimizuotų našumą.

• „Memcached“: Naudojamas produktų katalogo duomenims, paveikslėliams ir statiniam turiniui podėliuoti. Šie duomenys yra gana paprasti ir nereikalauja pastovumo. CDN naudojami šiam podėliuotam turiniui geografiškai paskirstyti.
• „Redis“: Naudojamas vartotojų sesijos duomenims, pirkinių krepšeliams ir personalizuotoms rekomendacijoms podėliuoti. Šie duomenys reikalauja pastovumo ir yra sudėtingesni. „Redis“ klasteriai diegiami skirtinguose regionuose, siekiant sumažinti delsimą tų regionų vartotojams.

Gerosios podėliavimo praktikos pasaulinėse programose

Efektyvių podėliavimo strategijų įgyvendinimas pasaulinėse programose reikalauja kruopštaus planavimo ir vykdymo. Štai keletas gerųjų praktikų:

• Nustatykite podėliuotinus duomenis: Išanalizuokite savo programą, kad nustatytumėte duomenis, kurie yra dažnai pasiekiami, bet retai keičiami. Tai idealūs duomenys podėliavimui.
• Pasirinkite tinkamą podėliavimo sprendimą: Pasirinkite podėliavimo sprendimą, kuris geriausiai atitinka konkrečius jūsų programos reikalavimus, atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip duomenų sudėtingumas, pastovumo poreikiai, mastelio keitimas ir našumas.
• Įgyvendinkite podėlio anuliavimo strategiją: Sukurkite strategiją, kaip anuliuoti podėlyje esančius duomenis, kai pasikeičia pagrindiniai duomenys. Dažniausios strategijos apima laiku pagrįstą galiojimo pabaigą, įvykiais pagrįstą anuliavimą ir rankinį anuliavimą.
• Stebėkite podėlio našumą: Stebėkite podėlio pataikymų dažnį, delsimą ir atminties naudojimą, kad užtikrintumėte optimalų podėliavimo sistemos veikimą. Naudokite įrankius, tokius kaip „RedisInsight“ ar „Memcached“ stebėjimo įrankius, kad sektumėte pagrindinius rodiklius.
• Optimizuokite podėlio konfigūraciją: Tiksliai suderinkite savo podėliavimo sistemos konfigūraciją, kad optimizuotumėte našumą pagal savo konkretų darbo krūvį. Tai apima atminties paskirstymo, išstūmimo politikų ir kitų nustatymų reguliavimą.
• Naudokite CDN: Naudokite turinio pristatymo tinklą (CDN), kad statinis turtas būtų podėliuojamas arčiau vartotojų skirtingose geografinėse vietovėse. Tai gali žymiai pagerinti pasaulinių programų našumą.
• Atsižvelkite į duomenų lokalumą: Diekite podėliavimo serverius regionuose, kurie yra geografiškai arti jūsų vartotojų, kad sumažintumėte delsimą. Tai ypač svarbu programoms, aptarnaujančioms vartotojus keliose šalyse.
• Įgyvendinkite podėliavimą keliais lygiais: Apsvarstykite galimybę įgyvendinti podėliavimą keliais lygiais, pavyzdžiui, naršyklės podėliavimas, CDN podėliavimas ir serverio pusės podėliavimas.
• Naudokite glaudinimą: Glaudinkite podėlyje esančius duomenis, kad sumažintumėte atminties naudojimą ir pagerintumėte tinklo pralaidumą.
• Saugumas: Užtikrinkite, kad jūsų podėliavimo sistema būtų tinkamai apsaugota, kad būtų išvengta neteisėtos prieigos prie jautrių duomenų. Naudokite autentifikavimo ir autorizavimo mechanizmus, kad kontroliuotumėte prieigą prie podėlio.
• Testavimas: Kruopščiai išbandykite savo podėliavimo įgyvendinimą, kad įsitikintumėte, jog jis veikia teisingai ir teikia laukiamą našumo naudą. Apkrovos testavimas yra būtinas norint nustatyti jūsų podėliavimo infrastruktūros pajėgumą.

Išvada

„Redis“ ir „Memcached“ yra galingi podėliavimo sprendimai, galintys žymiai pagerinti pasaulinių programų našumą. Nors „Memcached“ pasižymi greičiu ir paprastumu atliekant pagrindinį rakto ir reikšmės podėliavimą, „Redis“ siūlo didesnį universalumą, duomenų pastovumą ir pažangias funkcijas. Atidžiai apsvarstę konkrečius savo programos reikalavimus ir laikydamiesi gerųjų podėliavimo praktikų, galite pasirinkti tinkamą sprendimą ir įgyvendinti efektyvią podėliavimo strategiją, kuri užtikrins greitą, patikimą ir keičiamo mastelio patirtį jūsų vartotojams visame pasaulyje. Priimdami sprendimą nepamirškite atsižvelgti į geografinį pasiskirstymą, duomenų sudėtingumą ir pastovumo poreikį. Gerai suprojektuota podėliavimo strategija yra esminis bet kurios didelio našumo pasaulinės programos komponentas.