Ferramentas de cache de gerenciamento de dados na memória: Um guia para as melhores opções

As ferramentas de cache de gerenciamento de dados na memória armazenam dados acessados com frequência na memória, o que melhora significativamente o desempenho ao reduzir a frequência com que o banco de dados precisa ser acessado. Há tantas ferramentas diferentes de cache de gerenciamento de dados na memória disponíveis que vale a pena dar uma olhada nos pontos fortes e fracos de cada uma. Neste guia, compararemos e contrastaremos as opções mais populares, para que você possa escolher a ferramenta certa.

Revisão das ferramentas

Nesta primeira seção, examinaremos as seguintes ferramentas, fornecendo uma descrição, seguida de benefícios e desafios:

• Redis
• Memcached
• Apache Ignição
• Hazelcast
• Aerospike

Vamos nos aprofundar no assunto.

Redis

O Redis, abreviação de Remote Dictionary Server, é uma ferramenta popular de cache de gerenciamento de dados na memória, conhecida por sua velocidade, versatilidade e escalabilidade. Ele oferece suporte a uma ampla variedade de estruturas de dados, incluindo as seguintes:

• Cordas
• Listas
• Conjuntos
• Hashes
• Bitmaps

O Redis também é altamente dimensionável e pode ser facilmente distribuído em vários servidores.

Normalmente, usamos o Redis para armazenar em cache os dados que atendem aos seguintes critérios:

• Acessado com frequência
• Caro para computar ou recuperar
• Leia mais do que atualizado
• Não é altamente sensível

Os dados relacionados a sessões de usuários, contadores de limitação de taxa de API ou até mesmo os resultados de cálculos complexos são frequentemente o que se pode escolher para armazenar em cache com o Redis.

Além do armazenamento em cache, o Redis oferece paradigmas de mensagens Pub/Sub, fluxos para registro e agregação de dados e recursos de script Lua. Sua natureza leve e o amplo suporte a várias linguagens de programação fazem dele um dos favoritos do setor.

Benefícios do armazenamento em cache

• Estruturas de dados versáteis: O Redis suporta strings, conjuntos, listas, hashes, bitmaps e muito mais, permitindo estratégias de cache variadas e complexas.
• Persistência de dados: O Redis permite que você reconstrua o cache após uma reinicialização sem sobrecarregar os bancos de dados primários.
• Operações atômicas: A atomicidade garante a integridade dos dados, tornando o Redis ideal para tarefas como a análise em tempo real.

Limitações

• Modelo de thread único: Embora um modelo de thread simples simplifique a arquitetura, ele pode não oferecer o melhor desempenho para todas as tarefas de cache. No entanto, você pode aproveitar o Redis Clusters para permitir a fragmentação automática de dados em vários nós, possibilitando o dimensionamento horizontal e a alta disponibilidade.
• Uso de memória: Devido às suas ricas estruturas de dados, o Redis às vezes consome mais memória do que outras soluções de cache.

Se você estiver interessado em saber mais sobre o Redis, confira este vídeo sobre por que o Redis é tão rápido. Se quiser experimentar, você pode implantar uma instância Redis de nó único ou um cluster Redis Sentinel inteiro com um único clique no aplicativo da Linode Marketplace.

Memcached

O Memcached é um sistema de cache de memória distribuída de uso geral, geralmente usado para acelerar sites dinâmicos e orientados por banco de dados, armazenando em cache dados e objetos na RAM. Ele é conhecido por sua simplicidade e desempenho. O Memcached é uma boa opção para necessidades simples de armazenamento em cache e é muito eficiente no armazenamento e na recuperação de grandes quantidades de dados. Se você só precisa armazenar em cache cadeias de caracteres ou estruturas de dados relativamente planas, a simplicidade e a arquitetura multithread do Memcached podem proporcionar excelente desempenho.

Embora seu principal caso de uso continue sendo o armazenamento em cache, a utilidade do Memcached se expandiu para o armazenamento em cache de sessões e páginas em aplicativos dinâmicos da Web. Sua arquitetura é inerentemente dimensionável, suportando a fácil adição ou remoção de nós no sistema.

Benefícios do armazenamento em cache

• Simplicidade: O design simples do Memcached facilita a integração e o uso.
• Multithreaded: Isso permite que o Memcached lide com várias tarefas de forma eficaz, oferecendo melhor desempenho para necessidades simples de armazenamento em cache.
• Evicção pelo método menos usado recentemente (LRU): O Memcached usa um mecanismo LRU para despejo, otimizando o uso da memória.

Limitações

• Tipos de dados limitados: O Memcached suporta principalmente valores de string, o que pode não ser ideal para estratégias de cache complexas.
• Sem persistência: Os dados armazenados em cache podem ser perdidos se o sistema for reiniciado.

Apache Ignição

Apache O Ignite é uma ferramenta de cache de gerenciamento de dados em memória distribuída que oferece uma ampla variedade de recursos, incluindo particionamento de dados, replicação e suporte a SQL. É uma boa opção para aplicativos que exigem alto desempenho e escalabilidade, e também pode ser usado para tarefas de computação distribuída. Se o seu cache exigir recursos de computação, como a execução de análises nos dados armazenados em cache, os recursos de computação distribuída do Ignite podem ser uma boa opção.

Outro aspecto a ser considerado é se o seu modelo de dados é relacional ou se você deseja consultar o cache usando SQL. Apache O Ignite é compatível com isso desde o início.

Projetado para processar grandes volumes de dados com baixa latência, o Apache Ignite é frequentemente empregado em cenários como:

• Aplicativos em escala da Web
• Análise em tempo real
• Processamento transacional/analítico híbrido

Benefícios do armazenamento em cache

• Consultas SQL: O Ignite permite que você execute consultas SQL em seus dados armazenados em cache.
• Computação distribuída: O Ignite oferece recursos para computação distribuída, tornando-o adequado para tarefas analíticas em dados armazenados em cache.
• Versatilidade: Além de armazenar em cache, o Ignite também pode servir como um banco de dados completo na memória.

Limitações

• Complexidade: a ampla gama de recursos do Ignite pode ser esmagadora e pode levar a uma curva de aprendizado mais acentuada.
• Sobrecarga de memória: Os metadados do sistema podem consumir uma parte substancial da memória.

Hazelcast

O Hazelcast é uma grade de dados na memória que pode servir como um cache distribuído. Ele é conhecido por seu alto desempenho e confiabilidade, oferecendo uma ampla gama de recursos, incluindo particionamento de dados, replicação e failover. O Hazelcast fornece estratégias avançadas de distribuição de dados e failover para alta disponibilidade e confiabilidade, o que pode ser importante para determinados cenários de cache.

Se você estiver executando um aplicativo baseado em Java, o design centrado em Java do Hazelcast oferece excelente desempenho e integração. A ferramenta cresceu em popularidade entre as empresas baseadas em Java por seus recursos de computação distribuída. Ela é frequentemente usada para clustering de sessão da Web, cache distribuído e streaming em tempo real.

Benefícios do armazenamento em cache

• Integração com Java: O Hazelcast é baseado em Java, oferecendo excelente desempenho e integração para aplicativos Java.
• Distribuição de dados: Mecanismos avançados de distribuição de dados e failover o tornam altamente disponível e confiável.
• Escalabilidade: Ele pode ser facilmente escalonado para lidar com grandes conjuntos de dados.

Limitações

• Limitação de linguagem: Como é centrado em Java, o Hazelcast pode não ser a primeira opção para aplicativos que não sejam em Java.
• Complexidade operacional: Garantir configurações consistentes entre os nós pode ser um desafio.

Aerospike

O Aerospike é um banco de dados NoSQL que também pode ser usado como uma ferramenta de cache de gerenciamento de dados na memória. Ele é conhecido por seu alto desempenho e escalabilidade, além de oferecer suporte a uma ampla variedade de tipos de dados. O Aerospike é uma boa opção para aplicativos que exigem alto desempenho e escalabilidade, e também pode ser usado para análises em tempo real.

Além do armazenamento em cache, os pontos fortes do Aerospike incluem personalização para plataformas digitais, detecção de fraudes em tempo real e mecanismos de recomendação. Seu desempenho previsível em escala o torna um dos favoritos entre os setores com necessidades de transações de dados em massa.

Benefícios do armazenamento em cache

• Memória híbrida: O Aerospike pode operar com RAM e SSDs, permitindo um gerenciamento eficaz da memória.
• Replicação entre data centers: Garante alta disponibilidade em sistemas distribuídos.
• Velocidade: O Aerospike foi projetado para atender às necessidades de alto desempenho, o que o torna ideal para aplicativos de big data em tempo real.

Limitações

• Sobrecarga de configuração: Ajustar o Aerospike para casos de uso específicos pode exigir um ajuste detalhado.
• Custo: A versão corporativa do Aerospike, que oferece recursos adicionais, tem custos de licenciamento.

Comparação de recursos específicos

Quando analisamos os recursos específicos, como essas várias ferramentas se comparam? Vamos descobrir. 

Simplicidade e versatilidade

Embora todas essas ferramentas sirvam como soluções de cache, o Redis geralmente se destaca em termos de facilidade de configuração e suporte a uma ampla variedade de estruturas de dados, o que o torna versátil para vários cenários de cache.

Idioma e integração

A natureza agnóstica da linguagem do Redis lhe dá uma vantagem na integração com aplicativos escritos em diferentes linguagens. No entanto, para aplicativos Java, o Hazelcast oferece integração e desempenho estreitos.

Recursos de gerenciamento de dados

Quando se trata de gerenciar dados relacionais ou consultar caches usando SQL, o Apache Ignite tem uma vantagem distinta. Enquanto isso, o Redis oferece um controle mais granular sobre as políticas de expiração de dados. Quando a memória é escassa, a arquitetura de memória híbrida do Aerospike torna-se essencial.

Computação e desempenho

O ponto forte do Ignite está em seus recursos de computação distribuída, ideal para quem precisa de análises de dados em cache. Como alternativa, a arquitetura multithread do Memcached pode superar o Redis em tarefas de cache mais simples.

Alta disponibilidade e confiabilidade

Em cenários que exigem alta disponibilidade e mecanismos de failover, as estratégias de distribuição de dados do Hazelcast podem ser um divisor de águas. Da mesma forma, a replicação entre data centers do Aerospike pode ser um recurso crucial para o armazenamento em cache em sistemas distribuídos.

Resumindo

A melhor ferramenta de cache de gerenciamento de dados na memória para suas necessidades dependerá de seus requisitos específicos.

• Se você precisar de uma ferramenta rápida, versátil e dimensionável, o Redis ou o Apache Ignite são boas opções.
• Se você precisa de uma ferramenta simples e eficiente para necessidades simples de armazenamento em cache, o Memcached é uma boa opção.
• Se você precisa de uma ferramenta que ofereça alto desempenho e escalabilidade para aplicativos Java, o Hazelcast é uma boa opção.
• Se você precisa de uma ferramenta que ofereça alto desempenho e escalabilidade para análise em tempo real, o Aerospike é uma boa opção.

Espero que esta pequena folha de dicas o ajude a entender como essas ferramentas na memória funcionam, para que servem melhor e suas limitações. A documentação da Linode tem uma grande quantidade de recursos e guias relacionados a estratégias e ferramentas de cache. Dê uma olhada neles hoje mesmo!