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

As ferramentas de cache de gestão de dados na memória armazenam dados frequentemente acedidos na memória, o que melhora significativamente o desempenho ao reduzir a frequência com que a base de dados tem de ser acedida. Existem tantas ferramentas 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, vamos comparar e contrastar as opções mais populares, para que possa escolher a ferramenta certa.

Revisão das ferramentas

Nesta primeira secção, vamos analisar as seguintes ferramentas, fornecendo uma descrição, seguida de benefícios e desafios:

• Redis
• Memcached
• Apache Acender
• Hazelcast
• Aerospike

Vamos mergulhar no assunto.

Redis

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 suporta uma grande variedade de estruturas de dados, incluindo as seguintes:

• Cordas
• Listas
• Conjuntos
• Hashs
• Bitmaps

O Redis é também altamente escalável e pode ser facilmente distribuído por vários servidores.

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

• Acesso frequente
• Caro para computar ou recuperar
• Ler mais do que atualizado
• Não muito sensível

Os dados relacionados com as sessões de utilizador, os contadores de limitação da taxa de API ou mesmo os resultados de cálculos complexos são frequentemente o que se pode escolher para colocar em cache com o Redis.

Para além do armazenamento em cache, o Redis oferece paradigmas de mensagens Pub/Sub, fluxos para registo e agregação de dados e capacidades de scripting Lua. A sua natureza leve e o amplo suporte em linguagens de programação fazem dele um favorito da indústria.

Vantagens 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-lhe reconstruir a cache após um reinício sem sobrecarregar as suas bases de dados primárias.
• Operações atómicas: A atomicidade garante a integridade dos dados, tornando o Redis ideal para tarefas como a análise em tempo real.

Limitações

• Modelo com um único thread: Embora um modelo de thread simples simplifique a arquitetura, ele pode não oferecer o melhor desempenho para todas as tarefas de cache. No entanto, é possível aproveitar os 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 estruturas de dados ricas, o Redis por vezes consome mais memória do que outras soluções de cache.

Se estiver interessado em aprender mais sobre o Redis, confira este vídeo sobre por que o Redis é tão rápido. Se quiser experimentar você mesmo, é possível 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, frequentemente utilizado para acelerar sítios Web dinâmicos e orientados para bases de dados, armazenando em cache dados e objectos na RAM. É conhecido pela sua simplicidade e desempenho. O Memcached é uma boa escolha para necessidades simples de armazenamento em cache e é muito eficiente no armazenamento e recuperação de grandes quantidades de dados. Se precisar apenas de armazenar em cache cadeias de caracteres ou estruturas de dados relativamente planas, a simplicidade e a arquitetura multithread do Memcached podem proporcionar um excelente desempenho.

Embora o seu principal caso de utilização continue a ser o armazenamento em cache, a utilidade do Memcached expandiu-se para o armazenamento de sessões e o armazenamento em cache de páginas em aplicações Web dinâmicas. A sua arquitetura é inerentemente escalável, suportando a fácil adição ou remoção de nós no sistema.

Vantagens do armazenamento em cache

• Simplicidade: O design simples do Memcached torna-o fácil de integrar e utilizar.
• Multithreaded: Isto permite ao Memcached lidar com várias tarefas de forma eficaz, oferecendo um melhor desempenho para necessidades simples de armazenamento em cache.
• Evicção menos recentemente usada (LRU): O Memcached utiliza um mecanismo LRU para despejo, optimizando a utilização da memória.

Limitações

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

Apache Acender

Apache O Ignite é uma ferramenta de cache de gestão de dados em memória distribuída que oferece uma vasta gama de funcionalidades, incluindo particionamento de dados, replicação e suporte de SQL. É uma boa escolha para aplicativos que exigem alto desempenho e escalabilidade, e também pode ser usado para tarefas de computação distribuída. Se a sua cache requer capacidades de computação, como a execução de análises nos dados em cache, as funcionalidades de computação distribuída do Ignite podem ser uma boa opção.

Outro aspeto a considerar é se o seu modelo de dados é ou não relacional, ou se pretende consultar a sua cache utilizando SQL. Apache O Ignite suporta isso desde o início.

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

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

Vantagens do armazenamento em cache

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

Limitações

• Complexidade: A vasta gama de funcionalidades do Ignite pode ser avassaladora e pode levar a uma curva de aprendizagem mais acentuada.
• Excesso de memória: Os metadados do sistema podem consumir uma parte substancial da memória.

Hazelcast

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. É freqüentemente usada para clustering de sessão web, cache distribuído e streaming em tempo real.

Vantagens do armazenamento em cache

• Integração com Java: O Hazelcast é baseado em Java, oferecendo excelente desempenho e integração para aplicações Java.
• Distribuição de dados: Mecanismos avançados de distribuição de dados e failover tornam-no altamente disponível e fiável.
• Escalabilidade: Pode ser facilmente escalado para lidar com grandes conjuntos de dados.

Limitações

• Limitação de linguagem: Como é centrado em Java, o Hazelcast pode não ser a primeira escolha para aplicações não-Java.
• Complexidade operacional: Garantir configurações consistentes entre nós pode ser um desafio.

Aerospike

O Aerospike é uma base de dados NoSQL que também pode ser utilizada como uma ferramenta de cache de gestão de dados na memória. É conhecida pelo seu elevado desempenho e escalabilidade, e suporta uma vasta gama de tipos de dados. O Aerospike é uma boa escolha para aplicações que requerem elevado desempenho e escalabilidade, e também pode ser utilizado para análises em tempo real.

Para além do armazenamento em cache, os pontos fortes do Aerospike incluem a personalização para plataformas digitais, a deteção de fraudes em tempo real e os motores de recomendação. O seu desempenho previsível em escala torna-o um favorito entre as indústrias com necessidades de transação de dados em massa.

Vantagens do armazenamento em cache

• Memória híbrida: O Aerospike pode funcionar tanto com RAM como com SSDs, permitindo uma gestão eficaz da memória.
• Replicação entre centros de dados: Garante uma elevada disponibilidade entre sistemas distribuídos.
• Velocidade: O Aerospike foi concebido para necessidades de elevado desempenho, tornando-o ideal para aplicações de grandes volumes de dados em tempo real.

Limitações

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

Comparação de caraterísticas específicas

Quando olhamos para as capacidades específicas, como é que estas várias ferramentas se comparam realmente? 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, tornando-o versátil para vários cenários de cache.

Língua e integração

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

Capacidades de gestão de dados

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

Computação e desempenho

A força do Ignite reside nas suas funcionalidades de computação distribuída, ideais para quem necessita de análises de dados em cache. Em alternativa, a arquitetura multithread do Memcached pode potencialmente superar o Redis para tarefas de cache mais simples.

Alta disponibilidade e fiabilidade

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 centros de dados do Aerospike pode ser um recurso crucial para o armazenamento em cache em sistemas distribuídos.

Resumindo

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

• Se precisar de uma ferramenta rápida, versátil e escalável, então o Redis ou o Apache Ignite são boas opções.
• Se precisar de uma ferramenta simples e eficiente para necessidades simples de armazenamento em cache, então o Memcached é uma boa escolha.
• Se precisar de uma ferramenta que ofereça alto desempenho e escalabilidade para aplicações Java, então o Hazelcast é uma boa escolha.
• Se precisar de uma ferramenta que ofereça um elevado desempenho e escalabilidade para análises em tempo real, o Aerospike é uma boa escolha.

Espero que esta pequena folha de dicas o ajude a entender como essas ferramentas na memória funcionam, para que elas são melhores e suas limitações. Os documentos da Linode têm uma riqueza de recursos e guias relacionados a estratégias e ferramentas de cache. Confira-os hoje mesmo!