memcache、redis原理對(duì)比

一、問題：

數(shù)據(jù)庫表數(shù)據(jù)量極大（千萬條），要求讓服務(wù)器更加快速地響應(yīng)用戶的需求。

二、解決方案：

1.通過高速服務(wù)器Cache緩存數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)

2.內(nèi)存數(shù)據(jù)庫

（這里僅從數(shù)據(jù)緩存方面考慮，當(dāng)然，后期可以采用Hadoop+HBase+Hive等分布式存儲(chǔ)分析平臺(tái)）

三、主流解Cache和數(shù)據(jù)庫對(duì)比：

上述技術(shù)基本上代表了當(dāng)今在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面所有的實(shí)現(xiàn)方案，其中主要涉及到了普通關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（MySQL/PostgreSQL），NoSQL數(shù)據(jù)庫（MongoDB），內(nèi)存數(shù)據(jù)庫（Redis），內(nèi)存Cache（Memcached），我們現(xiàn)在需要的是對(duì)大數(shù)據(jù)表仍保持高效的查詢速度，普通關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是無法滿足的。而MongoDB其實(shí)只是一種非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，其優(yōu)勢(shì)在于可以存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，具備強(qiáng)大的查詢功能，因此不宜用于緩存數(shù)據(jù)的場景。

從以上各數(shù)據(jù)可知，對(duì)于我們產(chǎn)品最可行的技術(shù)方案有兩種：

1.Memcached 內(nèi)存Key-Value Cache

2.Redis 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫

四、下面重點(diǎn)分析Memcached和Redis兩種方案：

4.1 Memcached介紹

Memcached 是一個(gè)高性能的分布式內(nèi)存對(duì)象緩存系統(tǒng)，用于動(dòng)態(tài)Web應(yīng)用以減輕數(shù)據(jù)庫負(fù)載。它通過在內(nèi)存中緩存數(shù)據(jù)和對(duì)象來減少讀取數(shù)據(jù)庫的次數(shù)，從而提供動(dòng)態(tài)、數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)網(wǎng)站的速度，現(xiàn)在已被LiveJournal、hatena、Facebook、Vox、LiveJournal等公司所使用。

4.2 Memcached工作方式分析

許多Web應(yīng)用都將數(shù)據(jù)保存到 RDBMS中，應(yīng)用服務(wù)器從中讀取數(shù)據(jù)并在瀏覽器中顯示。 但隨著數(shù)據(jù)量的增大、訪問的集中，就會(huì)出現(xiàn)RDBMS的負(fù)擔(dān)加重、數(shù)據(jù)庫響應(yīng)惡化、 網(wǎng)站顯示延遲等重大影響。Memcached是高性能的分布式內(nèi)存緩存服務(wù)器，通過緩存數(shù)據(jù)庫查詢結(jié)果，減少數(shù)據(jù)庫訪問次數(shù)，以提高動(dòng)態(tài)Web等應(yīng)用的速度、 提高可擴(kuò)展性。下圖展示了memcache與數(shù)據(jù)庫端協(xié)同工作情況：

其中的過程是這樣的：

1.檢查用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)是緩存中是否有存在，如果有存在的話，只需要直接把請(qǐng)求的數(shù)據(jù)返回，無需查詢數(shù)據(jù)庫。

2.如果請(qǐng)求的數(shù)據(jù)在緩存中找不到，這時(shí)候再去查詢數(shù)據(jù)庫。返回請(qǐng)求數(shù)據(jù)的同時(shí)，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存中一份。

3.保持緩存的“新鮮性”，每當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化的時(shí)候（比如，數(shù)據(jù)有被修改，或被刪除的情況下），要同步的更新緩存信息，確保用戶不會(huì)在緩存取到舊的數(shù)據(jù)。

Memcached作為高速運(yùn)行的分布式緩存服務(wù)器，具有以下的特點(diǎn)：

協(xié)議簡單

基于libevent的事件處理

內(nèi)置內(nèi)存存儲(chǔ)方式

memcached不互相通信的分布式

4.3 如何實(shí)現(xiàn)分布式可拓展性？

Memcached的分布式不是在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)的，而是在客戶端應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)的，即通過內(nèi)置算法制定目標(biāo)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，如下圖所示：

4.4 Redis 介紹

Redis是一個(gè)key-value存儲(chǔ)系統(tǒng)。和Memcached類似，它支持存儲(chǔ)的value類型相對(duì)更多，包括string（字符串）、 list（鏈表）、set（集合）和zset（有序集合）。這些數(shù)據(jù)類型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更豐富的操作，而且這些操作都是原子性的。在此基礎(chǔ)上，redis支持各種不同方式的排序。與memcached一樣，為了保證效率，數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)存中。區(qū)別的是redis會(huì)周期性的把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或者把修改操作寫入追加的記錄文件，并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了master-slave（主從）同步，當(dāng)前 Redis的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，國內(nèi)像新浪、淘寶，國外像 Flickr、Github等均在使用Redis的緩存服務(wù)。

4.5 Redis 工作方式分析

Redis作為一個(gè)高性能的key-value數(shù)據(jù)庫具有以下特征：

多樣的數(shù)據(jù)模型

持久化

主從同步

Redis支持豐富的數(shù)據(jù)類型，最為常用的數(shù)據(jù)類型主要由五種：String、Hash、List、Set和Sorted Set。Redis通常將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于內(nèi)存中，或被配置為使用虛擬內(nèi)存。Redis有一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是它可以實(shí)現(xiàn)持久化數(shù)據(jù)，通過兩種方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化：使用RDB快照的方式，將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)不斷寫入磁盤；或使用類似MySQL的AOF日志方式，記錄每次更新的日志。前者性能較高，但是可能會(huì)引起一定程度的數(shù)據(jù)丟失；后者相反。 Redis支持將數(shù)據(jù)同步到多臺(tái)從數(shù)據(jù)庫上，這種特性對(duì)提高讀取性能非常有益。

4.6 Redis如何實(shí)現(xiàn)分布式可拓展性？

2.8以前的版本：與Memcached一致，可以在客戶端實(shí)現(xiàn)，也可以使用代理，twitter已開發(fā)出用于Redis和Memcached的代理Twemproxy 。

3.0 以后的版本：相較于Memcached只能采用客戶端實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)，Redis則在服務(wù)器端構(gòu)建分布式存儲(chǔ)。Redis Cluster是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了分布式且允許單點(diǎn)故障的Redis高級(jí)版本，它沒有中心節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)地位一致，具有線性可伸縮的功能。如圖給出Redis Cluster的分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，其中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間通過二進(jìn)制協(xié)議進(jìn)行通信，節(jié)點(diǎn)與客戶端之間通過ascii協(xié)議進(jìn)行通信。在數(shù)據(jù)的放置策略上，Redis Cluster將整個(gè) key的數(shù)值域分成16384個(gè)哈希槽，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上可以存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)哈希槽，也就是說當(dāng)前Redis Cluster支持的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)就是16384

五、綜合結(jié)論

應(yīng)該說Memcached和Redis都能很好的滿足解決我們的問題，它們性能都很高，總的來說，可以把Redis理解為是對(duì)Memcached的拓展，是更加重量級(jí)的實(shí)現(xiàn)，提供了更多更強(qiáng)大的功能。具體來說：

1.性能上：

性能上都很出色，具體到細(xì)節(jié)，由于Redis只使用單核，而Memcached可以使用多核，所以平均每一個(gè)核上Redis在存儲(chǔ)小數(shù)據(jù)時(shí)比

Memcached性能更高。而在100k以上的數(shù)據(jù)中，Memcached性能要高于Redis，雖然Redis最近也在存儲(chǔ)大數(shù)據(jù)的性能上進(jìn)行優(yōu)化，但是比起 Memcached，還是稍有遜色。

2.內(nèi)存空間和數(shù)據(jù)量大?。?/p>

MemCached可以修改最大內(nèi)存，采用LRU算法。Redis增加了VM的特性，突破了物理內(nèi)存的限制。

3.操作便利上：

MemCached數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一，僅用來緩存數(shù)據(jù)，而Redis支持更加豐富的數(shù)據(jù)類型，也可以在服務(wù)器端直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行豐富的操作，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)IO次數(shù)和數(shù)據(jù)體積。

4.可靠性上：

MemCached不支持?jǐn)?shù)據(jù)持久化，斷電或重啟后數(shù)據(jù)消失，但其穩(wěn)定性是有保證的。Redis支持?jǐn)?shù)據(jù)持久化和數(shù)據(jù)恢復(fù)，允許單點(diǎn)故障，但是同時(shí)也會(huì)付出性能的代價(jià)。

5.應(yīng)用場景：

Memcached：動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中減輕數(shù)據(jù)庫負(fù)載，提升性能；做緩存，適合多讀少寫，大數(shù)據(jù)量的情況（如人人網(wǎng)大量查詢用戶信息、好友信息、文章信息等）。

Redis：適用于對(duì)讀寫效率要求都很高，數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)復(fù)雜和對(duì)安全性要求較高的系統(tǒng)（如新浪微博的計(jì)數(shù)和微博發(fā)布部分系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)安全性、讀寫要求都很高）。

六、需要慎重考慮的部分

1.Memcached單個(gè)key-value大小有限，一個(gè)value最大只支持1MB，而Redis最大支持512MB

2.Memcached只是個(gè)內(nèi)存緩存，對(duì)可靠性無要求；而Redis更傾向于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，因此對(duì)對(duì)可靠性方面要求比較高

3.從本質(zhì)上講，Memcached只是一個(gè)單一key-value內(nèi)存Cache；而Redis則是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，支持五種數(shù)據(jù)類型，因此Redis除單純緩存作用外，還可以處理一些簡單的邏輯運(yùn)算，Redis不僅可以緩存，而且還可以作為數(shù)據(jù)庫用

4.新版本（3.0）的Redis是指集群分布式，也就是說集群本身均衡客戶端請(qǐng)求，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以交流，可拓展行、可維護(hù)性更強(qiáng)大。