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Redis キャッシュ更新戦略とは何ですか?

WBOY転載: 2023-05-26 12:11:201336ブラウズ

1. キャッシュの利点とコスト

1.1 利点

読み取りと書き込みの高速化: キャッシュは通常、フルメモリであるため( (例: Redis、Memcache)、ストレージ層 (MySQL など) は通常、読み取りおよび書き込みのパフォーマンスが高くなく、メモリの読み取りおよび書き込み速度はディスク I/O よりもはるかに高速です。キャッシュを使用すると、読み取りと書き込みが効果的に高速化され、ユーザーエクスペリエンスが最適化されます。
バックエンドの負荷を減らす: バックエンドがアクセスを減らすのを支援します (大量のアクセスが上限に達した場合、Mysql には最大接続数が設定されています)速度が非常に遅いため、接続の最大数がすぐに使い果たされてしまう可能性がありますが、Redis の理論上の最大数）、複雑な計算 (非常に複雑な SQL ステートメントなど) により負荷が軽減されます。バックエンドに大きく影響します。

1.2 コスト

データの不整合: キャッシュ層とストレージ層のデータは、特定の範囲内で不整合です。タイムウィンドウタイムウィンドウは更新戦略に関連します。
コード保守コスト: キャッシュ追加後、キャッシュ層とストレージ層のロジックを同時に処理する必要があり、コストが増加します開発者のためにコードを保守すること。
運用保守コスト: Redis Cluster を例に挙げると、参加後は実質的に運用保守コストが増加します。

1.3 使用シナリオ

高オーバーヘッドを伴う複雑な計算: MySQL を例として、いくつかの複雑な操作または計算を取り上げます。 (たとえば、大量の結合テーブル操作や一部のグループ化計算など)、キャッシュを追加しないと、高い同時実行性を満たせないだけでなく、MySQL に大きな負担がかかります。
リクエスト応答の高速化: 単一のバックエンドデータのクエリが十分に高速である場合でも、キャッシュを使用できます。Redis を例にとると、数万1 秒あたりに完了できる読み取りの数。書き込みおよび提供されるバッチ操作により、IO チェーン全体の応答時間を最適化できます。

2. キャッシュ更新戦略

2.1 メモリオーバーフロー排除戦略

考え方: 本番環境の Redis では、一部のデータが失われることが多く、一度書き込まれたデータは、しばらくすると失われる可能性があります。理由は何ですか？

通常、Redis キャッシュはメモリに保存されますが、メモリは貴重で有限であることを考慮して、ストレージには安価で大容量のディスクを使用するのが一般的です。マシンには数十ギガバイトのメモリしか搭載されていない場合がありますが、ハードドライブの容量は数テラバイトである場合があります。 Redis は主にメモリに基づいて、高性能で同時実行性の高い読み取りおよび書き込み操作を実行します。では、メモリには制限があるため、たとえば、redis は 10G しか使用できませんが、20G のデータをそこに書き込む場合はどうしますか?もちろん、10Gのデータは削除され、その後10Gのデータは保持されます。どのようなデータを削除する必要がありますか?どのようなデータを保持する必要がありますか?当然のことながら、使用頻度の低いデータは削除し、頻繁に使用するデータは保持する必要があります。 Redis の有効期限ポリシーでは、データの有効期限が切れた場合でもメモリを占有し続けることが決定されます。

Redis では、使用メモリが maxmemory の上限 (used_memory > maxmemory) に達すると、対応するオーバーフロー制御ポリシーがトリガーされます。特定のポリシーは、maxmemory-policy パラメーターによって制御されます。

Redis は 6 つの戦略をサポートします:

noeviction: デフォルトの戦略、データは削除されず、すべての書き込み操作は拒否され、クライアントエラーメッセージ (エラー) メモリを使用している場合、OOM コマンドは許可されません。現時点では、Redis は読み取り操作のみに応答します
LRU アルゴリズムに従って、タイムアウト属性 (期限切れ) にして十分なスペースを解放します。削除可能なキーオブジェクトがない場合は、noeviction 戦略に戻ります
volatile-random: 十分なスペースが解放されるまで期限切れのキーをランダムに削除します
allkeys-lru: データにタイムアウト属性が設定されているかどうかに関係なく、十分なスペースが確保されるまで、LRU アルゴリズムに従ってキーを削除します。
allkeys-random: すべてのキーをランダムに削除します。十分なスペースが利用可能になるまで十分なスペースが確保されるまで (推奨されません)
volatile-ttl: ttl (存続時間、TTL) 属性に基づいて、最も最近期限切れになったデータを削除します。キーと値のオブジェクト。そうでない場合は、noeviction 戦略に戻ります。

#LRU: 最も最近使用されていないキャッシュ要素にはタイムスタンプがあり、キャッシュ容量がいっぱいで解放する必要がある場合に使用されます。新しい要素がキャッシュされると、既存のキャッシュ要素の中で現在時刻から最も遠いタイムスタンプを持つ要素がキャッシュからクリアされます。

メモリオーバーフロー制御戦略は、config set maxmemory-policy{policy} を使用して動的に構成できます。書き込みコマンドは、メモリオーバーフロー時にメモリ回復を頻繁に実行することになり、非常にコストがかかります。マスター/スレーブレプリケーションアーキテクチャでは、メモリ回復操作に対応する削除コマンドがスレーブノードに同期され、マスターのデータの一貫性が確保されます。とスレーブノードが影響し、書き込み増幅が発生するという問題があります。

2.2 有効期限戦略

Redis サーバーで採用される有効期限戦略は次のとおりです: 遅延削除定期的な削除

遅延削除:

各 Redis ライブラリには、すべてのキーの有効期限を節約する有効期限ディクショナリが含まれています。クライアントがキーを読み取るとき、最初に有効期限ディクショナリでキーの有効期限が切れているかどうかを確認し、キーの有効期限が切れている場合は、削除操作を実行して空を返します。この戦略は CPU コストを節約するためのものですが、この方法だけを使用するとメモリリークの問題が発生し、期限切れのキーにアクセスしないと削除が間に合わず、メモリの解放が間に合わなくなります。