Para otimizar a velocidade de um aplicativo, o uso de soluções de cache é fundamental. Ao explorar as opções disponíveis, Redis e Memcached se destacam como escolhas populares.
A decisão entre Redis e Memcached pode ser complexa. Este guia visa apresentar as características de cada um, ajudando você a tomar uma decisão informada.
Se o seu objetivo é acelerar o desempenho da sua aplicação, reduzir a sobrecarga do banco de dados ou otimizar a escalabilidade do seu sistema, é essencial entender as soluções de cache.
Embora ambos possam ser usados para cache de aplicações, Redis e Memcached possuem funcionalidades distintas. Ambos oferecem latências abaixo de milissegundos e alta capacidade de processamento; contudo, diferem no suporte a estruturas e armazenamento de dados.
Antes de aprofundarmos a comparação, vamos entender o que é o cache.
O que é Cache e Por que é Necessário?
Toda operação em uma aplicação consome recursos do sistema, seja em processamento intensivo da CPU ou tarefas que demandam muita rede, como leitura de arquivos ou consultas a bancos de dados.
A execução repetida de tarefas complexas de CPU ou rede afeta o desempenho do sistema. Por exemplo, uma consulta complexa a um banco de dados não apenas leva tempo para obter os dados, mas também consome recursos adicionais.
Em situações onde o resultado de uma consulta não muda entre solicitações, executar a mesma consulta repetidamente é ineficiente. O cache surge como uma alternativa eficaz.
O cache consiste em armazenar dados acessados com frequência em memória de alta velocidade, permitindo recuperá-los rapidamente. Isso elimina a necessidade de operações repetitivas, como consultas a bancos de dados ou cálculos complexos, melhorando o desempenho, a eficiência e a responsividade do sistema.
Os benefícios do cache incluem:
- Redução das latências
- Carregamento e resposta mais rápidos de sites e aplicações
- Diminuição do uso desnecessário de recursos
- Menos pressão sobre os servidores de back-end
- Proteção do banco de dados contra consultas pesadas
Redis: Uma Visão Geral
Redis é um sistema de armazenamento de dados em memória, de código aberto, que usa pares de chave-valor. Além de ser usado como solução de cache, o Redis pode atuar como banco de dados, agente de mensagens ou fila.
Por operar na memória, o Redis oferece latências de consulta inferiores a milissegundos. Buscar dados na memória é mais rápido do que no disco, resultando em alto rendimento e capacidade para muitas leituras e gravações por segundo.
Ao comparar Redis e Memcached, o Redis se destaca por suportar uma variedade de estruturas de dados, como Strings (até 512 MB), Hashes (pares campo-valor), Listas, Conjuntos e Conjuntos Classificados.
O Redis oferece suporte para várias linguagens de programação, incluindo Java, Python, Go, NodeJs, C# e .Net. Além disso, inclui uma ferramenta de linha de comando (redis-cli) para verificar o funcionamento do servidor e enviar comandos para manipular dados.
Vantagens do Redis
- Código aberto e gratuito
- Clientes oficiais para diversas linguagens
- Versátil: cache, mensagens, banco de dados, fila
- Alto desempenho com latências abaixo de milissegundos
- Estruturas de dados integradas (Strings, Listas, Conjuntos, etc.)
- Alta disponibilidade e escalabilidade através de arquitetura de réplica primária
A seguir, vamos analisar o Memcached em detalhe.
Memcached: Uma Visão Geral
Memcached é um sistema de cache de objetos de memória distribuído, gratuito e de código aberto, que oferece alto desempenho. Ele armazena pares de chave-valor para pequenos dados arbitrários na memória. Antes da comparação com o Redis, vamos entender seu funcionamento.
A memória do sistema não é uniformemente distribuída, com áreas livres de tamanhos variados. O Memcached permite acessar a memória disponível em diferentes partes do sistema, utilizando o excesso onde é necessário.
Como um simples armazenamento de chave-valor, o Memcached não interpreta o significado dos dados. Ele armazena dados brutos, pré-serializados, com chave, prazo de validade e sinalizadores opcionais. Não oferece suporte a estruturas de dados integradas.
Diferente do Redis, os servidores Memcached não se comunicam entre si, não oferecendo sincronização, replicação ou transmissão. A disponibilidade e a invalidação do cache são simplificadas, com o cliente excluindo ou sobrescrevendo dados diretamente no servidor.
Essa arquitetura simples proporciona um desempenho muito alto, permitindo que o Memcached lide com mais de 200.000 solicitações por segundo em máquinas rápidas com redes de alta velocidade.
Vantagens do Memcached
- Recuperação rápida de dados na memória
- APIs disponíveis para linguagens populares
- Redução de pesquisas repetidas de dados
- Cache de resultados de banco de dados, APIs ou páginas web
- Recuperação de memória fragmentada
- Uso de cache LRU e expiração de itens
- Possibilidade de construir abstrações personalizadas
A seguir, vamos comparar as diferenças entre Redis e Memcached.
Redis x Memcached: Tabela de Comparação
| Recursos | Redis | Memcached |
| Estruturas de dados | Suporte para estruturas como Strings, Listas, Conjuntos, Conjuntos Classificados | Armazenamento de dados brutos pré-serializados, sem suporte a estruturas |
| Tamanho dos dados | Valores de até 512 MB | Valores de até 1 MB |
| Armazenamento em disco | Suporte nativo (RDB/AOF) | Sem suporte nativo (ferramentas como libmemcached) |
| Threading | Single-threaded | Multi-threaded |
| Replicação | Arquitetura de réplica primária | Sem suporte a replicação |
| Cache Eviction | Política LRU e outras configuráveis | Política LRU |
| Linguagens de programação | Suporte para as principais linguagens | Suporte para as principais linguagens |
A seguir, alguns casos de uso de Redis e Memcached.
Casos de Uso de Redis e Memcached
#1. Comércio Eletrônico em Escala: Shopify
O Shopify é uma plataforma de e-commerce que permite criar lojas online. Ele atende 80 mil solicitações por segundo, alimentando 600 mil comerciantes. Manter latências baixas com esse tráfego é desafiador.
O Shopify usa Memcached e Redis em sua arquitetura: MySQL para banco de dados, Memcached como armazenamento de chave-valor e Redis para filas. Em alguns casos, é vantajoso usar ambas as soluções em conjunto.
Plataformas de e-commerce têm dados estáticos como imagens e descrições de produtos, que podem ser armazenados em cache para acelerar o sistema. Usar o Memcached para fornecer esse conteúdo reduz a carga nos servidores de back-end e bancos de dados.
#2. Cache Distribuído de Dados de Aplicativos: Pinterest
O Pinterest é uma plataforma para inspiração visual. Cada solicitação envolve vários serviços e computações complexas, incluindo a exibição de pins e recomendações.
Para proteger os serviços de back-end, o Pinterest emprega uma camada de cache distribuída. Isso evita cálculos repetidos, atendendo uma parte significativa do tráfego sem sobrecarregar os serviços e bancos de dados. A camada de cache do Pinterest abrange milhares de máquinas e atende mais de 150 milhões de solicitações por segundo.
O Pinterest usa Memcached e mcrouter. Devido à sua natureza assíncrona, processamento multithread e arquitetura simples, o Memcached é eficiente. Essa arquitetura permite construir abstrações personalizadas e escalar horizontalmente.
#3. Segurança de Dados em Escala: CloudSponge
O CloudSponge permite que usuários enviem convites, cupons e cartões, importando catálogos de endereços. Ele processa quase 2 trilhões de endereços de e-mail por ano, criando desafios de segurança.
O CloudSponge usa o Redis como mais do que apenas uma solução de cache. O Redis mantém todos os dados de contato em memória, apenas pelo tempo necessário para os clientes recuperá-los, sendo depois excluídos. Nenhum dado é persistido em disco, embora o Redis ofereça essa opção.
#4. Outros Usos Comuns de Soluções de Cache
❇️ Sistemas de Mensagens de Bate-Papo
Em sistemas de mensagens, o cache armazena dados como perfis de usuário, listas de contatos e mensagens recentes, reduzindo a pressão no banco de dados e aumentando a capacidade de resposta. Recursos em tempo real também se beneficiam do cache. Um cache distribuído permite escalar os servidores sem aumentar os caches.
❇️ Serviços de Localização
Serviços baseados em localização usam caches para armazenar dados como estimativa de distância e recomendações de proximidade. O Redis oferece suporte a índices geoespaciais, permitindo o compartilhamento de informações de localização em tempo real.
❇️ Análise em Tempo Real
Em jogos online, o cache viabiliza análises em tempo real, como placares. Aplicativos de esportes fantasias podem armazenar estatísticas de jogadores para aumentar o desempenho do aplicativo.
Qual Escolher?
O Redis é uma opção versátil com suporte para diversas estruturas de dados, sendo ideal para aplicações que necessitam de mais do que um cache básico. Suas latências de consulta abaixo de milissegundos e alto rendimento, junto com suporte para várias linguagens, fazem dele um forte concorrente para sistemas que precisam de velocidade e flexibilidade. Também permite persistir dados em disco.
O Memcached é indicado quando simplicidade e cache de alta velocidade são necessários. Ele é a escolha ideal para armazenar dados brutos e pré-serializados, utilizando a memória disponível no sistema de forma eficiente. A arquitetura simples resulta em desempenho alto, especialmente em máquinas rápidas.
Para escolher entre Redis e Memcached, considere a complexidade da aplicação, as necessidades de estrutura de dados e os requisitos de escalabilidade. O Redis é ideal para situações que exigem estruturas de dados e funcionalidades avançadas. Já o Memcached oferece menor latência e maior capacidade em cenários de cache simples.
A decisão deve ser alinhada com os objetivos e restrições do seu projeto. Às vezes, o cache de dados da aplicação pode não ser suficiente.
A seguir, confira como configurar um servidor de cache DNS local no Linux.