NoSQL, Redis与Memcached

Published: 12 Nov 2015 Category: tech

1、传统MySQL+ Memcached架构遇到的问题

实际MySQL是适合进行海量数据存储的,通过Memcached将热点数据加载到cache,加速访问,很多公司都曾经使用过这样的架构,但随着业务数据量的不断增加,和访问量的持续增长,会遇到了很多问题:

  1.MySQL需要不断进行拆库拆表,Memcached也需不断跟着扩容,扩容和维护工作占据大量开发时间。

  2.Memcached与MySQL数据库数据一致性问题。

  3.Memcached数据命中率低或down机,大量访问直接穿透到DB,MySQL无法支撑。

  4.跨机房cache同步问题。

2、NoSQL主要用于解决以下几种问题

1.少量数据存储,高速读写访问。此类产品通过数据全部in-momery 的方式来保证高速访问,同时提供数据落地的功能,实际这正是Redis最主要的适用场景。

2.海量数据存储,分布式系统支持,数据一致性保证,方便的集群节点添加/删除。

3.数据一致性保证。这方面最具代表性的是dynamo和bigtable 2篇论文所阐述的思路。前者是一个完全无中心的设计,节点之间通过gossip方式传递集群信息,数据保证最终一致性,后者是一个中心化的方案设计,通过类似一个分布式锁服务来保证强一致性,数据写入先写内存和redo log,然后定期compat归并到磁盘上,将随机写优化为顺序写,提高写入性能。

4.Schema free,auto-sharding等。比如目前常见的一些文档数据库都是支持schema-free的,直接存储json格式数据,并且支持auto-sharding等功能,比如mongodb。

3、 memcached和redis的比较

  1. 1、网络IO模型

  Memcached是多线程,非阻塞IO复用的网络模型,分为监听主线程和worker子线程,监听线程监听网络连接,接受请求后,将连接描述字pipe 传递给worker线程,进行读写IO, 网络层使用libevent封装的事件库,多线程模型可以发挥多核作用,但是引入了cache coherency和锁的问题,比如,Memcached最常用的stats 命令,实际Memcached所有操作都要对这个全局变量加锁,进行计数等工作,带来了性能损耗。

  Redis使用单线程的IO复用模型,自己封装了一个简单的AeEvent事件处理框架,主要实现了epoll、kqueue和select,对于单纯只有IO操作来说,单线程可以将速度优势发挥到最大,但是Redis也提供了一些简单的计算功能,比如排序、聚合等,对于这些操作,单线程模型实际会严重影响整体吞吐量,CPU计算过程中,整个IO调度都是被阻塞住的。

  1. 2、内存管理方面

  Memcached使用预分配的内存池的方式,使用slab和大小不同的chunk来管理内存,Item根据大小选择合适的chunk存储,内存池的方式可以省去申请/释放内存的开销,并且能减小内存碎片产生,但这种方式也会带来一定程度上的空间浪费,并且在内存仍然有很大空间时,新的数据也可能会被剔除,原因可以参考Timyang的文章:http://timyang.net/data/Memcached-lru-evictions/

  Redis使用现场申请内存的方式来存储数据,并且很少使用free-list等方式来优化内存分配,会在一定程度上存在内存碎片,Redis跟据存储命令参数,会把带过期时间的数据单独存放在一起,并把它们称为临时数据,非临时数据是永远不会被剔除的,即便物理内存不够,导致swap也不会剔除任何非临时数据(但会尝试剔除部分临时数据),这点上Redis更适合作为存储而不是cache。

  1. 3、数据一致性问题

  Memcached提供了cas命令,可以保证多个并发访问操作同一份数据的一致性问题。 Redis没有提供cas 命令,并不能保证这点,不过Redis提供了事务的功能,可以保证一串 命令的原子性,中间不会被任何操作打断。

  1. 4、存储方式及其它方面

  Memcached基本只支持简单的key-value存储,不支持枚举,不支持持久化和复制等功能
  Redis除key/value之外,还支持list,set,sorted set,hash等众多数据结构,提供了KEYS   进行枚举操作,但不能在线上使用,如果需要枚举线上数据,Redis提供了工具可以直接扫描其dump文件,枚举出所有数据,Redis还同时提供了持久化和复制等功能。

  1. 5、关于不同语言的客户端支持

  在不同语言的客户端方面,Memcached和Redis都有丰富的第三方客户端可供选择,不过因为Memcached发展的时间更久一些,目前看在客户端支持方面,Memcached的很多客户端更加成熟稳定,而Redis由于其协议本身就比Memcached复杂,加上作者不断增加新的功能等,对应第三方客户端跟进速度可能会赶不上,有时可能需要自己在第三方客户端基础上做些修改才能更好的使用。

  根据以上比较不难看出,当我们不希望数据被踢出,或者需要除key/value之外的更多数据类型时,或者需要落地功能时,使用Redis比使用Memcached更合适。

5、总结

  1. Redis和Memcache都是将数据存放在内存中,都是内存数据库。不过memcache还可用于缓存其他东西,例如图片、视频等等。
  2. Redis不仅仅支持简单的k/v类型的数据,同时还提供list,set,hash等数据结构的存储。当需要除key/value之外的更多数据类型支持时,使用Redis更合适。
  3. 虚拟内存–Redis当物理内存用完时,可以将一些很久没用到的value 交换到磁盘
  4. 过期策略–memcache在set时就指定,例如set key1 0 0 8,即永不过期。Redis可以通过例如expire 设定,例如expire name 10
  5. 分布式–设定memcache集群,利用magent做一主多从;redis可以做一主多从。都可以一主一从
  6. 存储数据安全–memcache挂掉后,数据没了;redis可以定期保存到磁盘(持久化)。当存储的数据不能被剔除时,使用Redis更合适。
  7. 灾难恢复–memcache挂掉后,数据不可恢复; redis数据丢失后可以通过aof恢复
  8. Redis支持数据的备份,即master-slave模式的数据备份。