分布式緩存Redis與Memcached的區(qū)別

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Redis作者提供的8各方面：

1.性能；2.內(nèi)存使用效率；3.數(shù)據(jù)類型支持；4.數(shù)據(jù)備份和恢復；5.數(shù)據(jù)存儲方案；6.底層C語言內(nèi)存管理方式；7.集群和分布式；8線程模型

Redis的作者Salvatore Sanfilippo曾經(jīng)對這兩種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)進行過比較，總體來看還是比較客觀的。
一、性能

由于Redis只使用單核，而Memcached可以使用多核，所以平均每一個核上Redis在存儲小數(shù)據(jù)時比Memcached性能更高。而在100k以上的數(shù)據(jù)時，Memcached性能要高于Redis，雖然Redis最近也在存儲大數(shù)據(jù)的性能上進行優(yōu)化，但是比起Memcached，還是稍有遜色。
二、內(nèi)存使用效率

使用簡單的key-value存儲的話，Memcached的內(nèi)存利用率更高，而如果Redis采用hash結構來做key-value存儲，由于其組合式的壓縮，其內(nèi)存利用率會高于Memcached。
三、Redis支持服務器端的數(shù)據(jù)操作

Redis相比Memcached來說，擁有更多的數(shù)據(jù)結構并支持更豐富的數(shù)據(jù)操作，通常在Memcached里，你需要將數(shù)據(jù)拿到客戶端來進行類似的修改再set回去，序列化再反序列化，這大大增加了網(wǎng)絡IO的次數(shù)和數(shù)據(jù)體積。在Redis中，這些復雜的操作通常和一般的GET/SET一樣高效。所以，如果需要緩存能夠支持更復雜的結構和操作，那么Redis會是不錯的選擇。

與Memcached僅支持簡單的key-value結構的數(shù)據(jù)記錄不同，Redis支持的數(shù)據(jù)類型要豐富得多。最為常用的數(shù)據(jù)類型主要由五種：String、Hash、List、Set和Sorted Set。Redis內(nèi)部使用一個redisObject對象來表示所有的key和value。
四、數(shù)據(jù)備份恢復

memcached掛掉后，數(shù)據(jù)不可恢復；redis數(shù)據(jù)丟失后可以通過aof恢復，Redis支持數(shù)據(jù)的備份，即master-slave主從模式的數(shù)據(jù)備份。
五、數(shù)據(jù)存儲

Redis和Memcached都是將數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，都是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫。不過memcached還可用于緩存其他東西，例如圖片、視頻等等。memcached把數(shù)據(jù)全部存在內(nèi)存之中，斷電后會掛掉，數(shù)據(jù)不能超過內(nèi)存大小；redis有部份存在硬盤上，這樣能保證數(shù)據(jù)的持久性，支持數(shù)據(jù)的持久化（RDB、AOF），而Memcached不支持持久化。同時Redis并不是所有的數(shù)據(jù)都一直存儲在內(nèi)存中的，當物理內(nèi)存用完時，Redis可以將一些很久沒用到的value交換到磁盤，但memcached超過內(nèi)存比例會抹掉前面的數(shù)據(jù)。
六、內(nèi)存管理機制

對于像Redis和Memcached這種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說，內(nèi)存管理的效率高低是影響系統(tǒng)性能的關鍵因素。傳統(tǒng)C語言中的malloc/free函數(shù)是最常用的分配和釋放內(nèi)存的方法，但是這種方法存在著很大的缺陷：首先，對于開發(fā)人員來說不匹配的malloc和free容易造成內(nèi)存泄露；其次頻繁調(diào)用會造成大量內(nèi)存碎片無法回收重新利用，降低內(nèi)存利用率；最后作為系統(tǒng)調(diào)用，其系統(tǒng)開銷遠遠大于一般函數(shù)調(diào)用。所以，為了提高內(nèi)存的管理效率，高效的內(nèi)存管理方案都不會直接使用malloc/free調(diào)用。

Memcached默認使用Slab Allocation機制管理內(nèi)存，其主要思想是按照預先規(guī)定的大小，將分配的內(nèi)存分割成特定長度的塊以存儲相應長度的key-value數(shù)據(jù)記錄，以完全解決內(nèi)存碎片問題。Slab Allocation機制只為存儲外部數(shù)據(jù)而設計，也就是說所有的key-value數(shù)據(jù)都存儲在Slab Allocation系統(tǒng)里，而Memcached的其它內(nèi)存請求則通過普通的malloc/free來申請，因為這些請求的數(shù)量和頻率決定了它們不會對整個系統(tǒng)的性能造成影響。

如圖所示，它首先從操作系統(tǒng)申請一大塊內(nèi)存，并將其分割成各種尺寸的塊Chunk，并把尺寸相同的塊分成組Slab Class。其中，Chunk就是用來存儲key-value數(shù)據(jù)的最小單位。每個Slab Class的大小，可以在Memcached啟動的時候通過制定Growth Factor來控制。假定圖中Growth Factor的取值為1.25，如果第一組Chunk的大小為88個字節(jié)，第二組Chunk的大小就為112個字節(jié)，依此類推。

當Memcached接收到客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)時首先會根據(jù)收到數(shù)據(jù)的大小選擇一個最合適的Slab Class，然后通過查詢Memcached保存著的該Slab Class內(nèi)空閑Chunk的列表就可以找到一個可用于存儲數(shù)據(jù)的Chunk。當一條數(shù)據(jù)庫過期或者丟棄時，該記錄所占用的Chunk就可以回收，重新添加到空閑列表中。

從以上過程我們可以看出Memcached的內(nèi)存管理制效率高，而且不會造成內(nèi)存碎片，但是它最大的缺點就是會導致空間浪費。因為每個Chunk都分配了特定長度的內(nèi)存空間，所以變長數(shù)據(jù)無法充分利用這些空間。比如將100個字節(jié)的數(shù)據(jù)緩存到128個字節(jié)的Chunk中，剩余的28個字節(jié)就浪費掉了。Memcached主要的cache機制是LRU（最近最少使用Least Recently Used）算法+超時失效。

Redis的內(nèi)存管理主要通過源碼中zmalloc.h和zmalloc.c兩個文件來實現(xiàn)的。Redis為了方便內(nèi)存的管理，在分配一塊內(nèi)存之后，會將這塊內(nèi)存的大小存入內(nèi)存塊的頭部。

如圖所示，real_ptr是redis調(diào)用malloc后返回的指針。redis將內(nèi)存塊的大小size存入頭部，size所占據(jù)的內(nèi)存大小是已知的，為size_t類型的長度，然后返回ret_ptr。當需要釋放內(nèi)存的時候，ret_ptr被傳給內(nèi)存管理程序。通過ret_ptr，程序可以很容易的算出real_ptr的值，然后將real_ptr傳給free釋放內(nèi)存。

Redis通過定義一個數(shù)組來記錄所有的內(nèi)存分配情況，這個數(shù)組的長度為ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT。數(shù)組的每一個元素代表當前程序所分配的內(nèi)存塊的個數(shù)，且內(nèi)存塊的大小為該元素的下標。在源碼中，這個數(shù)組為zmalloc_allocations。zmalloc_allocations[16]代表已經(jīng)分配的長度為16bytes的內(nèi)存塊的個數(shù)。zmalloc.c中有一個靜態(tài)變量used_memory用來記錄當前分配的內(nèi)存總大小。所以，總的來看，Redis采用的是包裝的mallc/free，相較于Memcached的內(nèi)存管理方法來說，要簡單很多。
七、集群、分布式存儲

Memcached是全內(nèi)存的數(shù)據(jù)緩沖系統(tǒng)，Redis雖然支持數(shù)據(jù)的持久化，但是全內(nèi)存畢竟才是其高性能的本質(zhì)。作為基于內(nèi)存的存儲系統(tǒng)來說，機器物理內(nèi)存的大小就是系統(tǒng)能夠容納的最大數(shù)據(jù)量。如果需要處理的數(shù)據(jù)量超過了單臺機器的物理內(nèi)存大小，就需要構建分布式集群來擴展存儲能力。

Memcached本身并不支持分布式，因此只能在客戶端通過像一致性哈希這樣的分布式算法來實現(xiàn)Memcached的分布式存儲，關于分布式一致性哈希算法見總結：分布式一致性hash算法。當客戶端向Memcached集群發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先會通過內(nèi)置的分布式算法計算出該條數(shù)據(jù)的目標節(jié)點，然后數(shù)據(jù)會直接發(fā)送到該節(jié)點上存儲。但客戶端查詢數(shù)據(jù)時，同樣要計算出查詢數(shù)據(jù)所在的節(jié)點，然后直接向該節(jié)點發(fā)送查詢請求以獲取數(shù)據(jù)。

相較于Memcached只能采用客戶端實現(xiàn)分布式存儲，Redis更偏向于在服務器端構建分布式存儲，但沒有采用一致性哈希，關于Redis集群分析見總結：分布式緩存Redis之cluster集群。最新版本的Redis已經(jīng)支持了分布式存儲功能。Redis Cluster是一個實現(xiàn)了分布式且允許單點故障的Redis高級版本，它沒有中心節(jié)點，具有線性可伸縮的功能。為了保證單點故障下的數(shù)據(jù)可用性，Redis Cluster引入了Master節(jié)點和Slave節(jié)點。在Redis Cluster中，每個Master節(jié)點都會有對應的兩個用于冗余的Slave節(jié)點。這樣在整個集群中，任意兩個節(jié)點的宕機都不會導致數(shù)據(jù)的不可用。當Master節(jié)點退出后，集群會自動選擇一個Slave節(jié)點成為新的Master節(jié)點。
八、Memcache支持多核多線程，Redis單線程操作

感謝各位的閱讀，以上就是“分布式緩存Redis與Memcached的區(qū)別”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學習后，相信大家對分布式緩存Redis與Memcached的區(qū)別這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！

文章標題：分布式緩存Redis與Memcached的區(qū)別
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