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浅析Memcached, Redis, MongoDB三者的区别

Redis

是一个开源(BSD许可)的,内存中的数据结构存储系统,它可以用作数据库、缓存和消息中间件。 它支持多种类型的数据结构,如 字符串(strings), 散列(hashes), 列表(lists), 集合(sets), 有序集合(sorted sets) 与范围查询, bitmaps, hyperloglogs 和 地理空间(geospatial) 索引半径查询。 Redis 内置了 复制(replication),LUA脚本(Lua scripting), LRU驱动事件(LRU eviction),事务(transactions) 和不同级别的 磁盘持久化(persistence), 并通过 Redis哨兵(Sentinel)和自动 分区(Cluster)提供高可用性(high availability)。

Redis的优点:

  1. 支持多种数据结构,如 string(字符串)、 list(双向链表)、dict(hash表)、set(集合)、zset(排序set)、hyperloglog(基数估算)。
  2. 支持持久化操作,可以进行aof及rdb数据持久化到磁盘,从而进行数据备份或数据恢复等操作,较好的防止数据丢失的手段。
  3. 支持通过Replication进行数据复制,通过master-slave机制,可以实时进行数据的同步复制,支持多级复制和增量复制,master-slave机制是Redis进行HA的重要手段。
  4. 单线程请求,所有命令串行执行,并发情况下不需要考虑数据一致性问题。
  5. 支持pub/sub消息订阅机制,可以用来进行消息订阅与通知。
  6. 支持简单的事务需求,但业界使用场景很少,并不成熟。

Redis的局限性:

  1. Redis只能使用单线程,性能受限于CPU性能,故单实例CPU最高才可能达到5-6wQPS每秒(取决于数据结构,数据大小以及服务器硬件性能,日常环境中QPS高峰大约在1-2w左右)。
    支持简单的事务需求,但业界使用场景很少,并不成熟,既是优点也是缺点。
  2. Redis在string类型上会消耗较多内存,可以使用dict(hash表)压缩存储以降低内存耗用。
  3. Mc和Redis都是Key-Value类型,不适合在不同数据集之间建立关系,也不适合进行查询搜索。比如redis的keys pattern这种匹配操作,对redis的性能是灾难。

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Memcached

是一个高性能的分布式内存对象缓存系统,用于动态Web应用以减轻数据库负载。它通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数,从而提高动态、数据库驱动网站的速度。Memcached基于一个存储键/值对的hashmap。其守护进程(daemon )是用C写的,但是客户端可以用任何语言来编写,并通过memcached协议与守护进程通信。

Memcached的优点:

  1. Memcached可以利用多核优势,单实例吞吐量极高,可以达到几十万QPS(取决于key、value的字节大小以及服务器硬件性能,日常环境中QPS高峰大约在4-6w左右)。适用于最大程度扛量。
  2. 支持直接配置为session handle。

Memcached的局限性:

  1. 只支持简单的key/value数据结构,不像Redis可以支持丰富的数据类型。
  2. 无法进行持久化,数据不能备份,只能用于缓存使用,且重启后数据全部丢失。
  3. 无法进行数据同步,不能将MC中的数据迁移到其他MC实例中。
  4. Memcached内存分配采用Slab Allocation机制管理内存,value大小分布差异较大时会造成内存利用率降低,并引发低利用率时依然出现踢出等问题。需要用户注重value设计。

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MongoDB

是一个基于分布式文件存储的数据库,文档型的非关系型数据库,与上面两者不同。

先解释一下文档的数据库,即可以存放xml、json、bson类型系那个的数据。

这些数据具备自述性(self-describing),呈现分层的树状数据结构。redis可以用hash存放简单关系型数据。

MongoDB存放json格式数据。

适合场景:事件记录、内容管理或者博客平台,比如评论系统。

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Redis与Memcached的比较

1、数据类型支持不同

与Memcached仅支持简单的key-value结构的数据记录不同,Redis支持的数据类型要丰富得多。最为常用的数据类型主要由五种:String、Hash、List、Set和Sorted Set。Redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value。

2、内存管理机制不同

在Redis中,并不是所有的数据都一直存储在内存中的。这是和Memcached相比一个最大的区别。

当物理内存用完时,Redis可以将一些很久没用到的value交换到磁盘。Redis只会缓存所有的key的信息,如果Redis发现内存的使用量超过了某一个阀值,将触发swap的操作,Redis根据“swappability = age*log(size_in_memory)”计算出哪些key对应的value需要swap到磁盘。然后再将这些key对应的value持久化到磁盘中,同时在内存中清除。

这种特性使得Redis可以保持超过其机器本身内存大小的数据。当然,机器本身的内存必须要能够保持所有的key,毕竟这些数据是不会进行swap操作的。同时由于Redis将内存中的数据swap到磁盘中的时候,提供服务的主线程和进行swap操作的子线程会共享这部分内存,所以如果更新需要swap的数据,Redis将阻塞这个操作,直到子线程完成swap操作后才可以进行修改。

当从Redis中读取数据的时候,如果读取的key对应的value不在内存中,那么Redis就需要从swap文件中加载相应数据,然后再返回给请求方。 这里就存在一个I/O线程池的问题。在默认的情况下,Redis会出现阻塞,即完成所有的swap文件加载后才会相应。这种策略在客户端的数量较小,进行批量操作的时候比较合适。但是如果将Redis应用在一个大型的网站应用程序中,这显然是无法满足大并发的情况的。所以Redis运行我们设置I/O线程池的大小,对需要从swap文件中加载相应数据的读取请求进行并发操作,减少阻塞的时间。

3、数据持久化支持

Redis虽然是基于内存的存储系统,但是它本身是支持内存数据的持久化的,而且提供两种主要的持久化策略:RDB快照和AOF日志。而memcached是不支持数据持久化操作的。

4、集群管理的不同

Memcached是全内存的数据缓冲系统,Redis虽然支持数据的持久化,但是全内存毕竟才是其高性能的本质。作为基于内存的存储系统来说,机器物理内存的大小就是系统能够容纳的最大数据量。如果需要处理的数据量超过了单台机器的物理内存大小,就需要构建分布式集群来扩展存储能力。

Memcached本身并不支持分布式

,因此只能在客户端通过像一致性哈希这样的分布式算法来实现Memcached的分布式存储。

结论

  • 没有必要过多的关心性能,因为二者的性能都已经足够高了。
    由于Redis只使用单核,而Memcached可以使用多核,所以在比较上,平均每一个核上Redis在存储小数据时比Memcached性能更高。而在100k以上的数据中,Memcached性能要高于Redis,虽然Redis最近也在存储大数据的性能上进行优化,但是比起Memcached,还是稍有逊色。说了这么多,结论是,无论你使用哪一个,每秒处理请求的次数都不会成为瓶颈。(比如瓶颈可能会在网卡)
  • 如果要说内存使用效率,使用简单的key-value存储的话,Memcached的内存利用率更高,而如果Redis采用hash结构来做key-value存储,由于其组合式的压缩,其内存利用率会高于Memcached。当然,这和你的应用场景和数据特性有关。
  • 如果你对数据持久化和数据同步有所要求,那么推荐你选择Redis,因为这两个特性Memcached都不具备。即使你只是希望在升级或者重启系统后缓存数据不会丢失,选择Redis也是明智的。
  • 当然,最后还得说到你的具体应用需求。Redis相比Memcached来说,拥有更多的数据结构和并支持更丰富的数据操作,通常在Memcached里,你需要将数据拿到客户端来进行类似的修改再set回去。这大大增加了网络IO的次数和数据体积。在Redis中,这些复杂的操作通常和一般的GET/SET一样高效。所以,如果你需要缓存能够支持更复杂的结构和操作,那么Redis会是不错的选择。


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