دیتابیس ردیس چیست؟ آشنایی با Redis و قابلیت‌های متمایز آن

کاربرد Redis چیست و چه قابلیت‌هایی در ذخیره داده‌ها و بانک‌های اطلاعاتی دارد؟ آیا دیتابیس ردیس می‌تواند جایگزین پایگاه‌های داده سنتی باشد؟ استفاده از سرورهای پایگاه‌داده امروزه به دلیل آن استفاده از گوشی‌های موبایل بیشتر گسترش یافته و اغلب کسب‌وکارها سعی می‌کنند تا کارهای خود را به فضای اینترنت و وب‌سایت‌ها منتقل کنند؛ بیشتر اهمیت پیدا کرده است. در ادامه این مطلب ابر زس بیشتر درباره آن که ردیس چیست و چه کاربردها، قابلیت و مزایایی دارد می‌گوییم.

Redis چیست؟

برای آن که با مفهوم ردیس آشنا شده و بدانیم که چه کاربردی دارد، بیایید ببینیم مفهوم عبارت Redis چیست. Redis مخفف عبارت «REmote DIctionary Server» است. این نوعی منبع ذخیره داده‌ها به‌صورت منبع‌باز و مبتنی بر حافظه رم است که با سیستم key-value داده‌ها را نگهداری می‌کند. از دیتابیس ردیس معمولاً به‌عنوان حافظه پنهان یا کش برنامه‌ها و یک دیتابیس با پاسخ‌دهی سریع استفاده می‌شود.

یکی از ویژگی‌های مهم ردیس، سرعت بالا، عملکرد بی‌نظیر و قابل اطمینان بودن آن به دلیل ذخیره داده‌ها در رم به‌جای دیسک یا SSD است. زمانی که یک برنامه از منابع خارجی برای ذخیره داده استفاده می‌کند، موجب تأخیر در زمان ذخیره و کاهش توان عملیاتی، به‌خصوص در مواقع افزایش ترافیک، می‌شود. ذخیره داده‌ها در یک فضای ذخیره‌سازی داخلی، به دلیل نزدیکی فیزیکی به برنامه، به بهبود عملکرد کمک می‌کند. دیتابیس Redis به دلیل ذخیره داده‌ها در رم، عملکرد با سرعت بالا را در زمان پردازش داده‌‌ها ارائه می‌دهد.

یکی دیگر از قابلیت‌های ردیس آن است که با یک ویژگی تکثیر داخلی یا رپلیکا کردن یک دیتابیس (Built-in Replication)، داده‌ها را از نظر فیزیکی در فاصله نزدیک‌تر به کاربر قرار داده و کمترین تأخیر را دارد. از دیگر ویژگی‌های مهم Redis می‌توان به پشتیبانی از ساختارهای داده متعدد، اسکریپت‌نویسی Lua، چندین سطح ماندگاری روی دیسک و همچنین افزایش دسترسی‌پذیری (HA یا High Availability) اشاره کرد. حالا که می‌دانیم ردیس چیست و چطور کار می‌کند، بیایید به بررسی سایر ویژگی‌ها و نکات اساسی آن بپردازیم.

جهت مطالعه بیشتر اینجا بخوانید:

آموزش نصب Redis در ویندوز و اوبونتو

قابلیت‌های متمایز ردیس

دیتابیس ردیس نسبت به ذخیره‌سازی سنتی داده‌های NoSQL متفاوت بوده و به طور خاص، برای بهبود عملکرد برنامه‌ها طراحی شده است. ویژگی‌های متفاوتی در ردیس وجود دارد که آن را متمایز می‌کند. بیایید ببینیم که قابلیت‌های متمایز Redis چیست و چطور استفاده می‌شود.

کشینگ ردیس

همان‌طور که قبلاً گفتیم، داده‌ها در دیتابیس Redis به‌جای آن که روی یک هارد دیسک و درایوهای SSD ذخیره شوند، در حافظه داخلی (رم) سرور قرار می‌گیرند. این روند برخلاف آن چیزی است که در دیتابیس‌های NoSQL مانند MongoDB و PostreSQL می‌بینیم. این ویژگی باعث می‌شود تا پاسخ‌دهی در پردازش داده‌ها، سریع‌تر باشد. برای آن که بهتر درک کنید که وجه تمایز ردیس چیست کافی است به افزایش دسترسی‌پذیری، افزایش مقیاس‌پذیری خدمات و بارهای کاری در آن توجه کنید.

صف‌ بندی در ردیس

یکی از ویژگی‌های مهمی که در اپلیکیشن‌های مبتنی‌بر وب امروزی دیده می‌شود، صف‌بندی تسک‌های مبتنی بر چندین پروسس است. دیتابیس Redis وظایفی که ممکن است پردازش آن طولانی‌تر از حد معمول باشد، در صف‌هایی قرار می‌دهد. این ویژگی موجب می‌شود پیاده‌سازی پردازش‌های خودکار نوشته شده با پایتون که در پشت زمینه چرخه درخواست-پاسخ اجرا می‌شوند، ساده‌تر شود.

انواع مختلف داده‌ها در Redis

قبل از این در بخش ردیس چیست دیدیم که به‌عنوان یک ذخیره‌ساز key/value شناخته می‌شود. درعین‌حال، ردیس یک سرور ساختار داده است که می‌تواند از انواع داده‌ها و ساختارهای مختلف پشتیبانی کند. انواع داده‌های پشتیبانی شده، عبارت است از:

• عناصر string یکتا و مرتب نشده
• داده ‌باینری امن
• الگوریتم HyperLogLogs
• آرایه‌های بیتی
• هش‌ها
• لیست‌ها

مدیریت کلاینت در Redis

قابلیت‌های یکپارچه‌سازی داخلی کلاینت، یکی از ویژگی‌های مهم دیتابیس ردیس است که به توسعه‌دهندگان برای ایجاد تغییرات و تعامل در داده‌های خود، کمک می‌کند. در حال حاضر، در کتابخانه کلاینت‌ها در ردیس، بیش از ۱۰۰ کلاینت open-source مختلف وجود داشته و توسعه‌دهندگان می‌توانند بخش‌های اضافی جدیدی را برای قابلیت‌های بیشتر و پشتیبانی از زبان‌های برنامه‌نویسی متنوع‌تر، به آن اضافه کنند.

کاربردهای Redis چیست

از مهم‌ترین کاربردهای دیتابیس Redis آن است که از آن برای ذخیره صفحات وب، کاهش بار روی سرور و همچنین ارتقای زمان بارگذاری صفحات، استفاده می‌شود. علاوه بر این، می‌توان از ردیس به‌عنوان یک واسطه برای ساده‌تر کردن ارتباط بین بخش‌های مختلف در یک اپلیکیشن، استفاده کرد. همچنین ردیس از تراکنش‌ها پشتیبانی کرده و امکان اجرای عملکردهای مختلف به‌صورت اتمیک را فراهم می‌کند. بیایید ببینیم که محبوب‌ترین کاربردهای Redis چیست و چطور استفاده می‌شود.

ذخیره‌سازی کش

از ردیس می‌توان به‌عنوان یک راهکار عملی برای کشینگ تقریبا هر اپلیکیشنی استفاده کرد. از آنجایی‌که ردیس می‌تواند در هر ثانیه میلیون‌ها درخواست را مدیریت کند و افزایش دسترسی‌پذیری (HA) و مقیاس‌پذیری را به‌همراه دارد، می‌تواند به عنوان یک ابزار کشینگ برای کاهش بار کاری دیتابیس‌های رابطه‌ای یا NoSQL کاربرد داشته باشد. از مهم‌ترین راهکارهای کشینگ در Redis می‌توان به ذخیره‌سازی نتایج کوئری در دیتابیس، ذخیره‌سازی مداوم نشست‌ها، ذخیره‌سازی صفحات و نیز کشینگ آبجکت‌های پرکاربرد از جمله تصاویر، فایل‌ها و داده‌های اپلیکیشن‌ها اشاره کرد.

چت، پیام‌رسان و صف‌بندی

Redis از Pub/Sub با قابلیت‌ تطبیق الگو و انواع ساختارهای داده؛ مانند لیست‌ها، مجموعه‌های منظم و هش‌ها پشتیبانی می‌کند. Pub/Sub یک پروتکل پیام‌رسانی سبک است که برای ارسال و دریافت اعلان‌ها طراحی شده است. این پشتیبانی گسترده باعث می‌شود تا بتوان از دیتابیس ردیس برای چت‌روم‌هایی که کارایی بالا داشته و همچنین در استریم‌های زنده ثبت نظرات، در فید (Feed) شبکه‌های اجتماعی و ارتباط بین سرورها، استفاده کرد. استفاده از یک ساختار داده Redis List، می‌تواند به اجرای ساده یک صف‌بندی سبک کمک کند.

ایجاد تابلوهای امتیازات بازی

یکی دیگر از کاربردی دیتابیس Redis ساخت جداول و تابلوهای امتیازات لحظه‌ای در بازی‌ها است. با استفاده از ساختار داده Redis Sorted Set، امکان منحصربه‌فرد بودن عناصر و نیز حفظ لیست مرتب شده براساس امتیازات کاربران فراهم می‌شود. این لیست‌های ایجاد شده، به‌صورت بلادرنگ امتیازات کاربر را با هر تغییر، به‌روزرسانی می‌کند.

ذخیره جلسات

دیتابیس Redis پایداری بالا و افزایش دسترسی‌پذیری را برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌کند. همین موضوع موجب می‌شود که بین توسعه‌دهندگان اپلیکیشن‌هایی که در مقیاس اینترنت پیاده‌سازی شده‌اند و از ریدس برای ذخیره و مدیریت داده‌های جلسات استفاده می‌کنند، محبوب باشد. ردیس تاخیری در حد کمتر از میلی‌ثانیه، مقیاس‌پذیری بالا، و انعطاق‌پذیری مورد نیاز برای مدیریت داده‌های نشست‌ها از جمله برای پروفایل کاربران، گواهینامه‌ها، وضعیت نشست‌ها و شخصی‌سازی‌های ویژه هر کاربر را ارائه می‌کند.

استریم رسانه‌های غنی

ازآنجایی‌که ردیس یک روند ذخیره‌سازی سریع و مبتنی بر حافظه داخلی را ارائه می‌کند، می‌توان از آن برای کاربردهای مرتبط با پخش زنده (Live Streaming) استفاده کرد. از دیتابیس ردیس برای ذخیره ابرداده در پروفایل کاربران و تاریخچه مشاهده، اطلاعات احراز هویت کاربران یا توکن‌های میلیون‌ها کاربر و فایل‌های مانیفست جهت فعال کردن CDNها در پخش ویدئو برای میلیون‌ها کاربر (در موبایل یا دسکتاپ) به‌صورت هم‌زمان استفاده می‌شود.

کاربردهای جغرافیایی

یکی از کاربردهای ردیس، مدیریت داده‌های مکانی و زمانی بلادرنگ با مقیاس‌پذیری و سرعت بالا است. با استفاده از دستوراتی مانند GEOADD ،GEODIST ،GEORADIUS و GEORADIUSBYMEMBER می‌توان ذخیره، پردازش و آنالیز داده‌های مکانی را به‌صورت بلادرنگ انجام داد. با استفاده از این قابلیت‌ها، می‌توان از دیتابیس Redis برای افزودن ویژگی‌های مبتنی بر موقعیت مکانی، مانند زمان و مسافت رانندگی یا نقاط موردعلاقه در برنامه‌های مختلف، استفاده کرد.

یادگیری ماشین

اپلیکیشن‌هایی که مبتنی بر داده‌های مدرن هستند، برای آن که بتوانند حجم بالایی از داده‌های متنوع را با سرعت زیاد پردازش کرده و روند تصمیم‌گیری درباره آن‌ها را به‌صورت خودکار انجام دهند، به یادگیری ماشین (Machine Learning) نیاز دارند. پردازش داده‌ها و تصمیم‌گیری خودکار در عرض چند میلی‌ثانیه، در روند تشخیص تقلب در بازی یا خدمات مالی، مناقصه در تبلیغات، سامانه‌های به اشتراک‌گذاری خودرو و… اهمیت زیادی دارد. اما در این روند، کاربرد Redis چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟ ردیس امکان ذخیره‌سازی سریع داده‌ها را برای ایجاد، آموزش دادن و پیاده‌سازی سریع مدل‌های مبتنی بر یادگیری ماشین فراهم می‌کند.

آنالیز در لحظه

با استفاده از روش‌های استریم مانند Apache Kafka و Amazon Kinesis می‌توان از دیتابیس Redis برای ذخیره‌سازی داده در حافظه برای پردازش و آنالیز داده‌های در لحظه، با تأخیر زیر میلی‌ثانیه استفاده کرد. از ردیس می‌توان به‌عنوان یک انتخاب عالی در تجزیه‌وتحلیل رسانه‌های اجتماعی، هدف‌گذاری تبلیغات، شخصی‌سازی و IoT بهره برد.

امکانات و ویژگی‌های اساسی در ردیس

تا اینجا دیدیم که Redis چیست و چه قابلیت‌هایی دارد که باعث شده بتوان از آن در موارد متعددی استفاده کرد. اما این دیتابیس برخی ویژگی‌ها و امکانات اساسی دارد که بسیار کاربردی بوده و استفاده‌های آن را گسترده‌تر می‌کند. برخی از مهم‌ترین امکانات دیتابیس ردیس عبارت‌اند از:

Redis Sentinel

قابلیت Sentinel در ردیس از برخی فرایندهای نظارتی، اعلان‌ها و خطاهای خودکار استفاده می‌کند که در مواقع بروز مشکل در نمونه‌های master و slave به کاربران اطلاع دهد. ویژگی Redis Sentinel به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند با بهینه‌سازی ماشین‌های مجازی، نرخ دسترسی به ماشین‌ها را افزایش دهند.

Redis Cluster

Redis Cluster قابلیتی است که به تقسیم خودکار مجموعه داده‌ها بین چندین گره دیتابیس ردیس کمک می‌کند. کارایی بیشتر و مقیاس‌پذیری استقرار پایگاه‌داده با این ویژگی امکان‌پذیر بوده و حتی در صورت عدم ایجاد ارتباط بین مجموعه گره‌های ردیس با بقیه کلاسترها، عملکرد مداوم را تضمین می‌کند.

Redis Pub/Sub

با استفاده از دستورات انتشار (Publish) و اشتراک (Subscribe) یا همان Pub/Sub در دیتابیس ردیس کاربران می‌توانند سرویس‌های چت و پیام‌رسانی با کارایی بالایی را برای برنامه‌ها و خدمات خود طراحی کنند. این ویژگی شامل توانایی استفاده از ساختار داده لیست برای اجرای عملکردهای اتمیک و قابلیت‌های مسدود کردن است.

Redis persistence

ردیس از قابلیت Redis persistence برای ذخیره‌سازی دائمی دیسک بهره می‌برد. این ویژگی به گونه‌ای طراحی شده که از قطع شدن ناگهانی پروسس‌ها و نیز گلوگاه‌های شبکه در امان باشد. حفظ داده‌ها در دیتابیس Redis با کمک تهیه اسنپ‌شات منظم از داده‌ها امکان‌پذیر می‌شود. همچنین می‌توان از آن برای پشتیبان‌گیری از دیتابیس به صورت دستی یا در فواصل زمانی خودکار استفاده کرد که برای اطمینان از پایداری و یکپارچگی دیتابیس اهمیت دارد.

مزایای ردیس چیست؟

استفاده از دیتابیس ردیس مزایای متنوعی دارد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

عملکرد

قرارگیری تمام داده‌های Redis در حافظه رم باعث می‌شود تا دسترسی به داده‌ها با کمترین تأخیر و عملکرد عالی امکان‌پذیر باشد. برخلاف دیتابیس‌های سنتی، برای ذخیره داده‌ها نیازی به دیسک مجزا نیست و درنتیجه تأخیر در انتقال داده‌ها کاهش می‌یابد.

ساختارهای داده انعطاف‌پذیر

برخلاف سایر ذخیره‌سازهای داده با key/value که از ساختارهای داده (data structure) محدودی پشتیبانی می‌کنند، دیتابیس Redis دارای پشتیبانی از تنوع گسترده‌ای از ساختارهای داده است. بیایید ببینیم انواع ساختار داده در Redis چیست:

• رشته‌ها (Strings)؛ شامل متن یا داده‌های باینری تا اندازه ۵۱۲ مگابایت
• لیست‌ها (Lists)؛ شامل مجموعه رشته‌های به ترتیب اضافه شده
• مجموعه‌ها (Sets)؛ شامل مجموعه‌ای نامرتب از رشته‌ها
• مجموعه‌های مرتب شده بر اساس یک مقیاس معین
• هش (Hashes)؛ برای ذخیره لیستی از فیلدها و مقادیر
• بیت مپ (Bitmap)؛ برای ارائه نوع داده‌های عملیات سطح بیت (Bit)
• HyperLogLogs؛ یک ساختار داده احتمالی برای تخمین موارد خاص در یک مجموعه‌داده
• جریان (Streams)؛ یک ساختار داده ورود به سیستم صف پیام
• Geospatial؛ ورودی‌های مبتنی بر طول و عرض جغرافیایی نقشه
• JSON؛ شامل مجموعه‌ای اعداد، رشته‌ها، بولی‌ها، آرایه‌‌ها و اشیا دیگر

سادگی و سهولت استفاده

با استفاده از Redis می‌توانید کدهای پیچیده سنتی را کوتاه‌تر و ساده‌تر بنویسید. توسعه‌دهندگانی که از Redis استفاده کنند، می‌توانند از یک ساختار دستوری ساده برخلاف زبان‌های کوئری دیتابیس‌های سنتی استفاده کنند. برای مثال، می‌توان از ساختار داده‌های هش برای انتقال داده‌ها استفاده کرد. انجام همین کار در ذخیره‌ساز داده بدون ساختار داده هش به کدهای طولانی برای تبدیل از یک فرمت به فرمت دیگر نیاز دارد. در دیتابیس Redis به ساختارهای داده بومی و گزینه‌های متنوعی برای دستکاری و تعامل با داده‌های مختلف دسترسی دارید. ردیس از زبان‌های متعددی پشتیبانی می‌کند که شامل موارد زیر است:

• Java
• Python
• PHP
• C
• ++C
• #C
• JavaScript
• Node.js
• Ruby
• R
• Go
• و… .

تکرار و ماندگاری

Redis با استفاده از یک معماری replica اولیه و پشتیبانی از همانندسازی غیرهم‌زمان، امکان کپی داده‌ها به چندین سرور تکراری را فراهم می‌کند. این عملکرد خوانش بهبودیافته داده‌ها را فراهم کرده و به بازیابی سریع‌تر در زمان قطع سرور اصلی کمک می‌کند.

دردسترس‌بودن و مقیاس‌پذیری بالا

دیتابیس ردیس امکان پیاده‌سازی راهکارهایی را در اختیار می‌گذارد که با کارایی و پایداری بالا همراه هستند. هنگامی که نیاز به تغییر اندازه کلاستر باشد، گزینه‌های مختلفی برای افزایش یا کاهش مقیاس‌ فراهم است. به این ترتیب می‌توان کلاسترهایی را پیاده‌سازی کرد که بر اساس میزان درخواست‌ها، تغییر مقایس می‌دهند.

متن‌باز یا open-source بودن

شاید بتوان گفت که یکی از مهم‌ترین مزایای دیتابیس ردیس آن است که به‌صورت منبع‌باز طراحی شده و با یک جامعه فعال پشتیبانی می‌شود. هیچ فروشنده یا فناوری برای عرضه ردیس وجود ندارد؛ زیرا مبتنی بر استانداردهای باز بوده و یا پشتیبانی از فرمت‌های داده باز، دارای مجموعه‌ای غنی از مشتریان است.

معایب ردیس چیست؟

در کنار تمام مزایا و ویژگی‌های مثبتی که برای ردیس می‌توان بررسی کرد، برخی معایب و نقاط ضعف هم وجود دارد که بهتر است قبل از استفاده، درباره آن‌ها اطلاع داشته باشید. بیایید ببینیم که معایب Redis چیست.

محدودیت حافظه

از آنجایی که ردیس یک پایگاه داده مبتنی‌بر حافظه داخلی است، کل مجموعه داده‌ها روی حافظه RAM قرار می‌گیرند. در نتیجه برای داشتن حجم بالای حافظه، باید هزینه بیشتری بپردازید.

ماندگاری

در ردیس، اسنپ‌شات گرفتن از دیتابیس نیاز به خواندن از رم و ثبت در حافظه داخلی دارد. همین موضوع می‌تواند کاهش سرعت در عملکرد را به همراه داشته باشد.

کوئری

اگر با داده‌های پیچیده کار می‌کنید که نیاز به قابلیت‌های کوئری گسترده دارد، ردیس انتخاب مناسبی نیست و در این زمینه انعطاف‌پذیری چندانی ندارد.

امنیت

ردیس تنها دارای پشتیبانی از گزینه‌های امنیتی ابتدایی و ساده است و هیچ کنترل دستی برای ارتقای امنیت در آن ارائه نمی‌شود و دسترسی‌های ارتقای امنیت به مجوزهای جداگانه نیاز دارند. همچنین Redis از مکانیزم رمزگذاری پشتیبانی نکرده و برای این کار، باید از روش‌های جداگانه، ازجمله پروکسی SSL استفاده کرد.

جمع‌بندی

در این مطلب دیدیم که Redis چیست و چه قابلیت‌هایی دارد. به‌طورکلی، Redis ابزاری عالی برای ذخیره صفحات وب و کاهش بار سرور و نیز دارای برخی ویژگی‌های اساسی برای ایجاد اپلیکیشن‌های قدرتمند است. دیتابیس ردیس سریع و مقیاس‌پذیر بوده و از ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند Pub/Sub پشتیبانی می‌کند. نصب و راه‌اندازی ردیس ساده بوده و به دلیل کاربردهای گسترده، طرف‌داران زیادی دارد.

ابر زَس تحت سرویس مدیریت‌شده خدمات مورد نیاز شما از جمله دیتابیس ردیس را به طور اختصاصی برای شرکت یا سازمان شما همراه با خرید سرور ابری پیاده‌سازی می‌نماید.