Memcached与Redis的深入对比评测介绍 谁是站点最佳内存缓存方案

当今的应用对速度有着极高的要求。无论是处理实时聊天、高频API，还是在毫秒级内提供内容，数据检索的效率往往直接决定了后端服务的性能。尽管传统的数据库如MySQL和PostgreSQL非常适合永久存储，但它们并非为实时性能而设计。在这种情况下，内存数据存储（In-Memory Data Stores）便显得尤为重要。

Memcached与Redis哪个好？Memcached与Redis哪个更快？网站缓存应该选择Memcached还是Redis？一般很多站长面对这两个缓存都犯难了。毕竟在站点内存缓存领域，Memcached和Redis无疑是最受欢迎的两个工具。它们都是开源的内存键值存储，提供闪电般的数据访问速度。尽管它们的目标相似，但其特性、能力和理想用例却存在显著差异。本文将对Memcached和Redis进行全面比较，从多个关键维度进行评估，旨在帮助您为自己的应用程序选择最合适的方案。

一、内存缓存简介

在深入比较Memcached和Redis之前，理解内存缓存的重要性至关重要。

缓存是一种将数据临时保存在内存中的技术，目的是加快对后续相同数据的请求响应时间。通过这种方式，您可以在RAM中短暂存储相同的结果，而不是持续地从数据库中检索。

缓存的优势：

• 速度： 相比基于磁盘的存储，RAM的速度要快得多。
• 减少负载： 减少发送到数据库的查询数量，减轻数据库压力。
• 可扩展性： 在高负载下降低延迟，使应用程序能够更好地扩展。

二、Memcached简介

Memcached是一个高性能的分布式内存对象缓存系统。它最初由Brad Fitzpatrick于2003年为LiveJournal创建，此后已成为其他大型应用程序中实现基本键值缓存的标准。

Memcached的重要特性：

• 纯内存存储： 不支持持久化，数据在重启后会丢失。
• 键值存储： 使用字符串作为键和值来存储任意数据。
• 简单数据模型： 不支持复杂数据类型，如列表和集合。
• 多线程： 能够有效利用多个CPU核心。
• LRU（最近最少使用）淘汰策略： 当内存不足时，会自动淘汰最近最少使用的数据。

Memcached的典型用例：

• 会话存储（如果不需要持久化）
• 临时对象缓存
• 内容交付优化

三、Redis简介

Redis（REmote DIctionary Server）不仅仅是一个缓存。Salvatore Sanfilippo于2009年首次发布了这个开源的、多功能的内存数据结构存储。

Redis的关键特性：

• 丰富的数据结构： 这是Redis的主要特点，包括字符串、哈希、列表、集合、有序集合、流等多种数据结构。
• 持久化选项： 支持追加只写文件（AOF）、快照（RDB）以及混合技术，可以在重启后恢复数据。
• 单线程核心： 通过事件循环支持I/O多路复用，高效管理并发连接。
• 高可用性： 内置复制和集群技术，实现高可用性。
• Lua脚本和Pub/Sub： 支持Lua脚本执行原子操作，以及发布/订阅消息模式。

Redis的常见用例：

• 实时分析
• 排行榜和积分榜
• 作业代理和任务队列
• 聊天程序和发布/订阅网络

四、架构比较

Memcached和Redis的设计理念截然不同。

Memcached的基本设计是一个内存高效的键值缓存，采用Slab分配技术。它专注于以低复杂度、高效率存储少量临时数据，并采用多线程方法来利用多个CPU核心。

相比之下，Redis是一个单线程事件循环服务器，提供的功能远不止缓存。它被设计为不仅是缓存，还是一个内存数据库，支持复杂的数据类型和持久化机制。Redis优先考虑灵活性和实用性，但可能会略微增加内存和CPU开销。

由于Redis还内置了对高可用性的支持，因此它对于任务关键型系统来说是一个更可靠的选择。

五、用例和数据结构

Memcached和Redis之间最显著的区别之一在于它们支持的数据类型。

Memcached是一个纯粹的键值存储。它只能将字符串作为键和值进行存储。它将存储的值视为不透明的二进制数据，不检查、索引或处理其内容。这限制了Memcached的多功能性，但保持了其速度和效率。

Redis支持多种数据结构：

• 字符串： 类似于Memcached的基本键值对。
• 哈希： 用于表示对象（如用户配置文件），非常有用。
• 列表： 按FIFO（先进先出）或LIFO（后进先出）顺序排列的字符串集合。
• 集合： 无序的、不重复的元素集合。
• 有序集合： 带有分数的集合，非常适合排行榜。
• 位图、流和HyperLogLogs： 用于分析、唯一项计数和实时事件处理。

由于这些数据结构，Redis非常适合更复杂的用例，包括：

• 使用列表创建堆栈或队列
• 使用有序集合创建排行榜
• 实时处理聊天消息或用户会话
• 使用过期时间和计数器对API进行速率限制

主题铺观点： 如果您的用例需要比简单键值检索更复杂的功能，那么Redis是更好的选择。

六、持久化

Memcached专门被设计为易失性缓存。当您重启或关闭它时，所有数据都会丢失。因此，它适用于临时存储可以从主源恢复或检索的数据。

Redis提供了多种持久化技术：

• RDB（快照）： 在预设时间保存数据快照。
• AOF（追加只写文件）： 记录每个写入操作到磁盘。
• 混合技术： 结合RDB和AOF，平衡了持久性和性能。

由于这些特性，Redis除了作为缓存之外，还可以作为某些应用程序的主要内存数据库。Memcached不允许您在崩溃后安全地重启或恢复数据。

七、复制和集群

Memcached不原生支持集群和复制。如果您希望水平扩展Memcached，必须手动分片数据或使用Twemproxy或Facebook的mcrouter等代理。这增加了复杂性，并可能影响节点之间的一致性。

Redis提供了出色的分布式系统支持。它提供：

• 主从复制： 用于读取扩展和冗余。
• Redis Sentinel： 用于通知、自动故障转移和监控。
• Redis Cluster： 用于容错、数据分区和水平扩展。

由于其内置的集群功能，Redis在高可用性生产环境中更具可扩展性和可靠性。

八、内存管理

Memcached使用Slab分配技术将内存划分为块，以实现有效的内存利用。当空间不足时，它使用LRU（最近最少使用）淘汰策略来清除旧的或不必要的内容。

Redis让您对内存使用有更大的控制权。它提供了多种淘汰策略：

• Noeviction： 当内存满时，不允许新的写入。
• allkeys-lru： 删除所有键中最近最少使用的键。
• volatile-lru： 删除设置了过期日期的LRU键。
• random： 随机淘汰键。
• volatile-ttl： 淘汰剩余生存时间（TTL）最短的键。

为了减少内存占用，Redis还对列表和哈希等数据结构采用了内存高效的编码。这些特性使开发人员能够更好地控制Redis如何响应内存需求。

九、性能和延迟

在比较Memcached和Redis时，两者都非常快。它们都针对内存访问进行了优化，可以处理每秒数百万次请求，且延迟很低。

由于其多线程架构和有限的功能，Memcached在简单的GET和SET操作的原始速度方面通常比Redis略快。

Redis尽管在命令执行方面是单线程的，但它使用事件驱动的I/O来有效管理大量并发连接。此外，它还支持Pipelining（管道），可以批量处理多个任务以提高性能。

在典型负载条件下，两个系统都具有亚毫秒级的延迟性能。尽管如此，Redis丰富的特性集和改进的内存管理可以在超越基本键值访问的实际应用中实现更高的性能。

十、访问控制和安全性

Memcached不原生支持身份验证和加密。它旨在用于安全的、远程环境中。要保护它，您必须依赖防火墙或VPC规则等网络层控制。

Redis提供了额外的安全选项：

• 使用AUTH命令要求密码。
• 访问控制列表（ACL）限制用户命令。
• 使用TLS/SSL加密数据以进行安全传输。
• 能够使用UNIX套接字或绑定到特定IP。

主题铺点评： Redis默认情况下更安全，更适合部署在半信任或公共环境中。

十一、生态系统和工具

Memcached的生态系统有限且基础。它为大多数编程语言提供了库和一个简单的CLI接口。但是，它没有高级分析、可视化或监控工具。

Redis拥有一个蓬勃发展的生态系统：

• RedisInsight： 一个强大的图形用户界面，用于跟踪和故障排除。
• Redis模块： 扩展功能（例如RedisJSON、RedisSearch、RedisGraph）。
• CLI和API： 提供丰富的工作命令集。
• 监控： 方便与Datadog、Prometheus、New Relic等工具连接。
• 托管选项： Redis Enterprise、AWS ElastiCache、Azure Cache for Redis和GCP MemoryStore。

由于Redis的生态系统更加发达和可扩展，它更容易集成到现代云原生和DevOps流程中。

十二、支持和社区

Memcached和Redis都是广泛使用且开源的。

Redis拥有更广泛的贡献者和更大、更活跃的社区。此外，它通过Redis Inc.提供商业支持，后者提供高级模块、托管服务和企业级支持。

尽管与Redis相比，Memcached的开发活动有所减少，但它仍然被广泛使用，特别是在传统应用程序中。它的简单性既是优点也是缺点。

十三、如何选择？

主题铺建议：

• 如果您只局限于快速、非持久化的键值缓存，并且在可靠的内部网络中工作，那么Memcached是一个很好的选择。它速度极快，内存高效，设置简单。
• 但是，如果您需要更复杂的数据处理、持久化、安全性、高可用性和可扩展性，那么Redis是最佳选择。它旨在管理实时数据处理、分析和消息队列，而不仅仅是缓存。

对于复杂的应用程序，Redis为您提供了更大的灵活性、控制力和未来保障。

Memcached vs Redis：快速对比

真实世界用例：

Memcached的实际应用：

• Facebook： 最初利用Memcached缓存用户信息，减轻数据库负载。
• 维基百科： 使用Memcached缓存文章内容。
• Twitter和YouTube： 曾用于存储元数据和分发内容。

Redis的实际应用：

• GitHub： 用于管理缓存、队列和后台任务。
• Snapchat： 用于实时通信和分析。
• Twitter： 用于控制通知和时间线。
• Stack Overflow： 用于缓存、用户会话和标签分析。

主题铺观点： Redis广泛的特性集和可扩展性使其在现代技术栈中保持主导地位。

最后总结

Memcached和Redis都是可扩展、快速应用程序后端架构的关键组件。Memcached精简且高效，非常适合简单、快速的缓存。而Redis则是一个功能强大的数据存储，填补了传统缓存和完整数据库之间的空白。

没有一劳永逸的解决方案。最佳工具的选择将取决于您项目的具体需求、架构和对复杂性的容忍度。

然而，如果您正在寻找一个多功能、面向未来的解决方案，能够处理缓存之外的更多任务，那么Redis无疑是难以超越的选择。

常见问题解答：

1. Redis和Memcached的主要区别是什么？
   Memcached是一个直接、快速、纯内存的键值存储，专门用于文本缓存。
   Redis是一个更复杂的内存数据存储，支持多种数据类型（如列表、集合和哈希）、持久化、复制和脚本功能。
2. Memcached和Redis哪个更快？
   由于其多线程架构和受限的功能集，Memcached在处理简单字符串数据的GET/SET操作时可能略快。然而，Redis提供了更大的灵活性，且性能几乎相同。
3. Redis是否支持比Memcached更复杂的数据结构？
   是的。Redis支持多种复杂数据类型，包括列表、集合、有序集合、哈希、位图、流等。Memcached只接受纯字符串值。
4. Memcached是否比Redis更不安全？
   是的。Redis内置了TLS加密、访问控制（ACL）和身份验证功能。Memcached缺乏内置的安全机制，需要依赖网络层隔离和防火墙来保护。