Kaj je Redis: Popoln vodnik po uporabi, prednostih in primerih

Informatec Digital » Razvoj » Kaj je Redis: Popoln vodnik po uporabi, prednostih in primerih

Če ste kdaj potrebovali, da bi vaša aplikacija delovala kot raketa, ste verjetno že slišali za Redis. Ta tehnologija deluje kot podatkovni sistem v pomnilniku, ki ponuja zelo nizke latence in skoraj takojšnji odzivi, idealno, kadar je hitrost absolutna prioriteta.

Redis ni le predpomnilnik, temveč NoSQL podatkovna baza ključ-vrednost z več podatkovnimi strukturami in integriranimi orodji. Prvotno je bil predstavljen leta 2009 in napisan v jeziku C, njegovo ime pa izvira iz Remote Dictionary Server . Danes se ponaša z zelo aktivnim ekosistemom, odjemalci za skoraj vse programske jezike ter robustnimi zmogljivostmi vztrajnosti in replikacije.

Kaj je Redis in za kaj se uporablja?

Redis je mehanizem za shranjevanje v pomnilniku, ki deluje s pari ključ-vrednost in naprednimi strukturami. Z delovanjem v RAM-u zmanjšuje ozka grla, značilna za dostop do diska , zaradi česar je idealen za primere uporabe, kjer je potrebna izjemna hitrost: predpomnilniki za obsežne poizvedbe, uporabniške seje, sporočanje v realnem času, spletne igre, nadzorne plošče s pretakanjem podatkov in drugo.

V mnogih projektih se uporablja kot predpomnilniška plast pred tradicionalnimi podatkovnimi bazami , kjer shranjuje ponavljajoče se rezultate, da se izognemo nenehnemu ponovnemu izračunu ali ponovnemu poizvedovanju. Uporablja se tudi kot sama podatkovna baza, kadar ni potrebna stroga trajnost ali kadar je njena trajnost konfigurirana tako, da se zagotovi shranjevanje podatkov na disku.

Njegova arhitektura odjemalec/strežnik, omrežni vmesnik in lahka zasnova omogočajo enostavno uvajanje in povezovanje z več gostiteljev. Poleg tega zagotavlja asinhrono delovanje od glavnega strežnika do replikacije (glavni strežnik med replikacijo še naprej deluje), kar pomaga pri skaliranju branja in izboljšanju razpoložljivosti.

Ključne značilnosti

Največja prednost Redisa je, da se vse nahaja v glavnem pomnilniku. To odpravlja dostope do diska med kritično potjo in zagotavlja izjemno hitre operacije branja/pisanja . Poleg tega lahko vsak niz doseže do 512 MB, s podporo za binarne podatke, in vključuje strukture, kot so seznami, množice, razvrščene množice, zgoščene vrednosti (hashe), HyperLogLog, bitne slike in tokovi.

Redis implementira visokonivojske atomske operacije na strani strežnika na teh strukturah. To vam omogoča izvajanje združitev, presečišč ali razlik na množicah, spreminjanje podnizov ali povečevanje in zmanjševanje celih števil in števil s plavajočo plavajočo funkcijo brez pogojev tekmovanja.

Vključuje orodja, ki pospešujejo razvoj in poenostavljajo običajne vzorce: Pub/Sub za objavljanje in naročanje na kanale (idealno za sporočanje in obvestila v realnem času), ključe s TTL za samodejni potek, atomske števce za metrike in nadzor sočasnosti ter vgrajeno podporo za skripte Lua za logiko na strani strežnika od različice 2.6.

Druga močna prednost je njegova združljivost z moduli. Redisovi moduli razširjajo zmogljivosti, kot so dokumenti JSON , časovne vrste in iskanje , zaradi česar je vsestranski sistem, ki daleč presega preprosto združevanje ključev in vrednosti.

Zgodovina, licence in razvoj

Redis je leta 2009 ustvaril Salvatore Sanfilippo, da bi izboljšal zakasnitev izdelka z imenom LLOGG. Njegov uspeh je bil takojšen in leta 2010 je VMware najel Sanfilippa, da bi projekt vodil s polnim delovnim časom ; kmalu zatem se mu je pridružil Pieter Noordhuis. Med letoma 2013 in 2015 ga je sponzoriral Pivotal, kasneje pa Redis Labs.

Od različice 2.6 naprej ima strežnik integriran interpreter Lua, ki omogoča izvajanje skriptov neposredno znotraj Redisa z atomičnostjo in zmanjšanjem zakasnitve povratnega prenosa med odjemalcem in strežnikom. Kar zadeva licenciranje, je distribuiran po dvojnem modelu RSALv2 in SSPLv1.

Podatkovni model in operacije

Redis uporablja globalni slovar, ki preslika ključe v vrednosti. Za razliko od enostavnejših rešitev ključ-vrednost so lahko vrednosti različnih tipov. Tip določa razpoložljive ukaze in atomske operacije, ki jih lahko izvedete s temi podatki.

Tip Redis String je "binarno varen": lahko vsebuje besedilo, cela števila, števila s plavajočo vejico ali surove binarne podatke, kot je slika JPEG ali serializiran objekt. Z deli niza lahko delate, spreminjate določene bite ali ga uporabljate kot števec s povečanji/zmanjšanji.

Seznami omogočajo upravljanje čakalnih vrst ali skladov, množice in urejene množice se uporabljajo za članstvo in razvrščanje po rezultatu, zgoščene vrednosti pa shranjujejo zemljevide vrednosti polj, kar je zelo uporabno za združevanje atributov objekta . HyperLogLog se uporablja za približne števce kardinalnosti z zelo malo pomnilnika, tokovi pa olajšajo pretok dogodkov z združeno porabo.

Poleg tega Redis ponuja transakcije (MULTI/EXEC), kar vam omogoča združevanje več operacij za zaporedno in atomsko izvajanje . V kombinaciji z Lua lahko zanesljivo zajamete kompleksno logiko na strani strežnika.

Vztrajnost: posnetki in AOF

Redis lahko deluje izključno v pomnilniku, vendar podpira tudi vztrajnost diska za uravnoteženje zmogljivosti in trajnosti. S posnetki (RDB) periodično posname nabor podatkov in jih asinhrono shrani, kar ima minimalen vpliv na odzivni čas.

Druga možnost je AOF (dnevnik), ki beleži vsako operacijo pisanja v datoteko. Ta način zagotavlja natančnejšo in bolj nastavljivo vzdržljivost: `appendfsync=always` vsili sinhronizacijo ob vsaki spremembi (največja varnost, nižja zmogljivost), `appendfsync=everysec` pa sinhronizira vsako sekundo (odlično ravnovesje).

Po potrebi lahko sprožite tudi ročno SHRANJEVANJE , da takoj vsilite posnetek. V primeru popolne okvare računalnika boste običajno izgubili največ majhno količino podatkov, odvisno od izbrane politike sinhronizacije.

V starejših različicah je bila uporaba "virtualnega pomnilnika" dovoljena od različice 2.4 naprej, vendar je ta pristop zdaj zastarel. Danes je priporočljivo izbirati med RDB, AOF ali kombinacijo obeh , pri čemer je konfiguracijo treba prilagoditi glede na kritičnost podatkov in želeno zmogljivost.

Replikacija in visoka razpoložljivost

Redis izvaja asinhrono replikacijo med glavno in drugo pomožno enoto. To pomeni, da so zapisi sprejeti na glavni enoti in replike se sinhronizirajo brez njenega blokiranja, kar ohranja delovanje storitve med sinhronizacijami . Glavna enota ima lahko več replik, replika pa je lahko povezana kot glavna enota druge replike in tvori drevesno topologijo.

Replikacija je zelo uporabna za skaliranje bralnih operacij in za redundanco. Nekatere konfiguracije omogočajo pisanje v replike, čeprav lahko to povzroči nedoslednosti, če ni pravilno nadzorovano; privzeto se replike običajno uporabljajo samo za branje, da se ohrani doslednost.

Namestitev replik v bližini uporabnikov zmanjša zaznano zakasnitev. Z orkestracijo in orodji za nadzor/gručo je mogoče doseči visoko razpoložljivost in samodejni preklop v primeru okvare glavnega strežnika, da se zmanjša čas izpada.

Arhitektura in ekosistem odjemalec/strežnik

Strežnik Redis ponuja preprost protokol, s katerim se povezujejo odjemalci različnih jezikov. Z njegovim uradnim vmesnikom CLI (redis-cli) lahko komunicirate za testiranje, administracijo ali hitro skriptanje ali pa v svojo aplikacijo integrirate knjižnico.

Na voljo so odjemalci za ActionScript, C, C++, C#, Java, Go, Python, PHP, Ruby, Scala, JavaScript (vključno s strežniškim Node.js), R, Erlang, Haskell, Lua, Objective-C, Perl, Common Lisp, Smalltalk, Tcl, Io, haXe, Pure Data in druge. Zaradi široke podpore je enostavno uvesti ga v skoraj vsak sklad programskih kod.

Resnični primeri uporabe in praktični primer

Zelo pogost primer je spletna nepremičninska agencija: oglas za nepremičnino s ceno, ugodnostmi in številom sob se komajda spremeni. Brez predpomnjenja vsak obisk zahteva ponavljajoče se poizvedbe in izračune. Pri Redisu se objekt po prvem nalaganju shrani s ključem (na primer property_4056 ) in TTL, recimo, en mesec. Nadaljnji obiski berejo iz pomnilnika in se izognejo dostopu do baze podatkov.

Prav tako je pogosto predpomnjenje obsežnih rezultatov poročil , upravljanje overjenih sej, gradnjo lestvic v živo z razvrščenimi nabori ali uporabo Pub/Sub kot lahkega sporočilnega kanala med storitvami.

V testu s tabelo napak s 16.000 vrsticami je bil izmerjen čas za: 1) poizvedovanje po zbirki podatkov, 2) shranjevanje zbirke v Redis in 3) branje iz Redisa. Rezultat je bil osupljiv: pridobivanje iz Redisa je bilo 26-krat hitrejše kot iz zbirke podatkov. Te primerjave pogosto poudarjajo dejanski vpliv na uporabniško izkušnjo in stroške infrastrukture.

Redis proti Memcached

Obe tehnologiji se uporabljata za predpomnjenje v pomnilniku, vendar obstajajo opazne razlike. Redis ponuja več podatkovnih tipov (sezname, nabore, zgoščene vrednosti itd.), neobvezno obstojnost diska , Pub/Sub, skripte Lua, transakcije in module za razširitev svojih zmogljivosti. Memcached pa se osredotoča na preprost model ključ-vrednost v pomnilniku brez obstojnosti.

Kar zadeva surovo zmogljivost, sta oba zelo hitra; Redis se ponavadi izkaže v scenarijih s kompleksnimi strukturami in atomskimi operacijami na strani strežnika. Če potrebujete le zelo preprost in ultralahek predpomnilnik, bo morda zadostoval Memcached , ko pa iščete več funkcionalnosti in prilagodljivosti, se Redis običajno izkaže za najboljšo možnost.

Upravljane v primerjavi s samostojno upravljanimi storitvami (Redis in Valkey)

Redis ali Valkey lahko namestite sami ali pa se odločite za upravljano storitev v oblaku. Samostojno upravljanje vam daje popoln nadzor, vendar sta skalabilnost in vzdrževanje vaša odgovornost (dodajanje vozlišč, posodobitve, varnost, varnostne kopije, spremljanje).

Upravljana storitev zmanjšuje operativno breme: lažje skaliranje, visoka razpoložljivost in enostavne posodobitve. To se običajno odraža v nižjih skupnih stroških lastništva in omogoča ekipi, da se bolj osredotoči na modeliranje podatkov in poslovne funkcionalnosti kot na naloge platforme.

Integrirana orodja: Pub/Sub, TTL, števci in Lua

Z možnostjo Pub/Sub lahko oddajate sporočila v kanalih in jih več naročnikov prejme takoj, kar je odlično za klepete, obvestila in koordinacijo med mikrostoritvami. Gre za preprost in učinkovit vzorec.

Ključi TTL (Time-to-Live) vam omogočajo »samočiščenje« začasnih podatkov: sej, žetonov, potečenih rezultatov poizvedb itd. To preprečuje polnjenje baze podatkov z zastarelimi informacijami in poenostavlja logiko poteka veljavnosti.

Atomski števci so odlični za metrike, omejevanje hitrosti, čakalne vrste ali kateri koli primer, kjer morate varno seštevati/odštevati v sočasnih okoljih.

Končno, vgrajena podpora Lua omogoča izvajanje skriptov blizu podatkov z atomičnostjo. To zmanjša potovanje po omrežju in omogoča izvajanje kompleksnih operacij v enem samem koraku , kar izboljša doslednost in zmogljivost.

Pogosto zastavljena vprašanja

Za kaj se uporablja Redis? Za pospeševanje aplikacij s predpomnilniki v pomnilniku, sejami, razvrščanjem v realnem času, lahkim sporočanjem s Pub/Sub in kot NoSQL baza podatkov, kadar je latenca kritična ali je konfigurirana vztrajnost.

Zakaj je Redis tako hiter? Ker se podatki nahajajo v RAM-u, kar odpravlja dostope do diska na kritični poti in ponuja atomske operacije na strani strežnika; poleg tega je njegov protokol lahek in učinkovit.

Ali se lahko uporablja kot baza podatkov? Da. Gre za NoSQL bazo podatkov v pomnilniku z možnostmi vztrajnosti (RDB in AOF). Glede na vašo konfiguracijo lahko daste prednost zmogljivosti ali trajnosti ali pa združite oboje.

Jezikovna podpora

Obstajajo zreli odjemalci za praktično vse: Python (redis-py), Java (Jedis), Node.js (ioredis), C#/.NET (StackExchange.Redis), PHP (phpredis), Go (go-redis), Ruby (redis-rb) in številne druge. Ta raznolikost zagotavlja brezhibno integracijo z vašim obstoječim skladom.

Redis se je uveljavil kot "wild card" za reševanje težav z zmogljivostjo in delovanjem v realnem času v večini sodobnih arhitektur: združuje bliskovito hitrost, bogate podatkovne strukture, nastavljivo vztrajnost, replikacijo in nabor praktičnih orodij, ki ob dobri uporabi bistveno izboljšajo uporabniško izkušnjo.