Memorystore 是 GCP 提供的完全託管 In-Memory Database 服務，可以輕鬆地在 GCP 上建立 Redis 和 Memcached 等著名的開源 Caching-Engines，專門提供毫秒級的低延遲資料存取/寫入，並減輕管理 Database 的部署 deployment、Replica、容錯移轉等等維運事項。對應其他的雲端服務是 :

  • Amazon Web Services (AWS) : Amazon ElastiCache
  • Microsoft Azure : Azure Cache

Memorystore 也是屬於 NoSQL，由於常用於快取情境故也會被稱呼為快取資料庫。目前看起來主流是使用 Redis，故建議在大部份的使用場景上，優先考慮使用 Redis。

「應用程式效能」已成為現在應用架構中的核心議題之一，當 Data 或 Query 快速增加時，往往會出現 response time 顯著提高的現象，在這個時候可以於「應用服務」跟「資料庫」的中間層，再做一個快取資料庫服務，把使用頻率高的資料存儲在快取中，減少傳統 DB 負擔並大大加速應用程式的回應速度。 Memorystore 快取技術是一種基於 Redis 和 Memcached 等開源項目的雲端快取服務 :

上圖可看到 Memorystore 有提供簡單的代管 Redis 和 Memcached ，進一步還有代管 Redis Cluster：

Memorystore for Redis/Memcached

Redis/Memcached 兩者都是 In-Memory Database，都可以提供低延遲、高效率的資料存取，非常適合拿來當快取資料庫使用，以下對兩者個別做簡單介紹 :

Memorystore for Redis

其因為符合 Redis 協議，故可以將使用 Redis 的應用程式直接遷移到 Memorystore 而無需更改任何程式碼。有支援兩種 Tier 分別是 Basic 和 Standard :

  • Basic Tier:

    便宜但沒有 High Availability(HA)，因為沒有 Replication，故 Redis 只會部署在單一個 Region 的其中一個自己選的單一 Zone 內，但優點是會比較便宜。

  • Standard Tier:

    會使用 Replication 來達成自動故障轉移（Automatic Failover）來實現 High Availability(HA) ，可提供 99.9% 的可用性 SLA ; 若進一步啟動 Read-Replicas 還可以分散式讀取（Distributed Reads）來增加回應速度。

值得注意的是 Memorystore for Redis 大多數的配置參數在創建後是無法更改的(如上述的 Tier) ，若想更換 Tier 只能新建其它新的 Instance 並依靠資料 import 和 export 來轉移資料。

Memorystore for Redis 目前支援 RDB Snapshots 和 Exporting Data，但不支援 AOF 持久化

補充

RDB 全名 Redis DataBasa File，是 Redis 在指定的時間，會將此刻整個 DB 資料做成 Snapshot，就是將這些資料寫成一份 .rdb 檔案。

AOF 全名 Append-Only File Comment 。 AOF 會專門儲存資料的操作，這些操作的紀錄會儲存到一份名為 .aof 檔案中。

Memorystore for Redis 和 Memorystore for Memcached 簡單比較

Memorystore for Memcached 也為 GCP 完全託管的開源 Memcached 服務，目前和 Redis 比較大的不同點，是缺少了例如 backup、replication、pub-sub 等等功能，還有是 Memcached 缺少比較複雜的 data-type 如 Geohash。

  • Memcached 用 multi-thread 處理請求 ; Redis 只有 main thread，但在 Redis 6.0 之後在網路 I/O的部分也使用了 multi-thread 增加了速度
  • Memcached 只支援簡單的資料型別。

簡單整理來說：

  • 如果使用的 data-type 比較簡單，僅是 key-value 形式就可以選擇 Memcached
  • 若需要複雜的資料型態，或需要做讀寫分離和保持比較高的可用性，就選擇 Redis

multi-thread 比較能善用 CPU，例如 AWS EC2 的 CPU 和 Memory 是同步成長的，為了用更多 memory 而租高級的型別，這時盡量使用 Redis 6.0 之後版本或者 Memcached，才不會會浪費一堆沒在用的 CPU

目前網路上我看到比較多的主流是使用 Redis，故可優先考慮使用 Redis，資料也比較好找。

Memorystore for Redis Cluster

Memorystore for Redis Cluster 具有零停機時間擴展功能，且官方描述其 throughput 比單純 Redis 高出 60 倍，還有可跨 Zone 放置 Primary 和 Replica，並自動管理故障轉移，以上大大的提高了可用性和降低了操作複雜性。

Memorystore for Redis Cluster 基於開源 Redis 版本 7.x ，支援大部分 Redis command library，但還是要注意有 Blocked commands 例如 ACL 相關命令。以下做一些基本術語介紹：

Memorystore for Redis Cluster Instance 代表一個 Redis Cluster 單元，在 GCP 官方文件中有表示「Instance」和「Cluster」是指同一件事情。

Instance 由一組大小相等的 Shards 組成，每個 Shard 包含:

  • 一個 Primary node 簡稱 Primary
  • 0 ~ 2 個 Replica nodes 簡稱 Replicas

Memorystore 會自動跨 Zone 分配 Primary/Replica 避免都在同 Zone 。

Shard 的多寡定義了 Cluster 的 Throughput 和 Memory 大小，目前看起來最多可以有 125 Shards ; 而 Replica 會提供更高的 Availability ; 每個 shard 最多可以有 2 個 replicas，在啟用副本的情況下 Cluster 可提供 99.99% 的 SLA。

由於 replicas 的設定是 Per-Shard 為單位，故 Shard 越多開啟對應的 Replicas 複製也就成倍數增加，故要注意一下費用

建議 & 結語

一般來說 in-memory 資料庫，如果碰到一些狀況重啟，則資料會通通不見，因為資料都只在放在暫存記憶體中。為了避免此情況，會建議啟用高可用，而實現方式的話 Redis Cluster 有提供 Sharding 和 Replica 來使之高可用 ; 另外 Redis 使用 RDB 和 AOF 來備份復原。

參考資料