Muchos sitios web y aplicaciones suelen almacenar sus datos en una base de datos. La lectura y escritura de datos de una base de datos puede afectar significativamente a la latencia de una aplicación. Es importante reducir la latencia en la medida de lo posible, ya que los usuarios esperan aplicaciones rápidas y con capacidad de respuesta, y los sitios web más rápidos funcionan mejor para la optimización de los motores de búsqueda (SEO).
Escribir en una base de datos añade latencia porque las bases de datos suelen escribir los datos en un disco en lugar de mantenerlos en la memoria. Es habitual que las bases de datos apliquen compresión y cifrado, lo que añade latencia al leer y escribir datos. Para superar estos problemas, puedes utilizar una base de datos en memoria para almacenar y recuperar datos rápidamente desde la memoria RAM en lugar de un disco.
En este artículo se explica cómo funcionan las bases de datos en memoria, algunas opciones populares y algunas de las desventajas frente a una base de datos estándar.
¿Qué Son las Bases de Datos en Memoria?
Las bases de datos en memoria utilizan RAM en lugar de unidades de disco duro (HDD) o unidades de estado sólido (SSD) para almacenar los datos, reduciendo drásticamente la latencia de lectura y escritura de datos. La reducción de la latencia se debe a dos razones principales. En primer lugar, el acceso a los datos desde la memoria es más rápido que desde un disco, y en segundo lugar, las estructuras de datos utilizadas para almacenar datos en la memoria son más sencillas que el almacenamiento en disco. Por tanto, la sobrecarga de la CPU es menor al leer y escribir datos.
Esta baja latencia tiene un coste, ya que los datos almacenados en la memoria se perderán si falla un servidor. A diferencia del almacenamiento en disco, la memoria no conserva su contenido en caso de pérdida de energía, por lo que existe un equilibrio entre resistencia y velocidad.
Las bases de datos en memoria son una excelente opción para aplicaciones que requieren datos rápidos o en tiempo real, como tablas de clasificación o análisis en tiempo real. También son útiles para almacenar en caché datos que normalmente se almacenan en una base de datos basada en disco, para reducir el número de lecturas y escrituras en el disco y minimizar la latencia.
Reducir la latencia es especialmente importante para los sitios web. Los usuarios que consideran que el sitio web es receptivo tienen más probabilidades de seguir utilizándolo. Además, Google y otros motores de búsqueda también utilizan la velocidad de carga del sitio como factor de SEO. Los sitios web rápidos se clasifican mejor en los resultados de búsqueda, lo que aumenta las posibilidades de que los usuarios visiten tu sitio web.
Explicación de las Bases de Datos en Memoria
Como las bases de datos en memoria almacenan los datos en la memoria RAM, experimentan una latencia mucho menor que un disco duro, que utiliza piezas mecánicas y móviles para acceder a la ubicación correcta del disco. A continuación, el HDD debe leer los datos y transferirlos a través de la interfaz entre el dispositivo de almacenamiento y el ordenador. Además, incluso con los SSD, la RAM sigue siendo hasta 30 veces más rápida gracias a sus chips de memoria y a la interfaz de la CPU, de mayor rendimiento. Algunas pruebas de referencia han demostrado que el uso de MySQL con Redis -una popular base de datos en memoria- como capa de almacenamiento en caché puede disminuir la latencia de las consultas hasta en un 25% frente al uso de una base de datos MySQL independiente.
Hay una segunda razón por la que las bases de datos en memoria son rápidas. Puedes optimizar las estructuras de datos utilizadas por las bases de datos en memoria para una recuperación más rápida. Por ejemplo, las bases de datos relacionales suelen utilizar árboles B para los índices, lo que permite realizar búsquedas rápidas a la vez que permite leer y escribir grandes bloques de datos en el disco. Las bases de datos en memoria no necesitan escribir bloques de datos en el disco y pueden elegir estructuras de datos de mayor rendimiento, reduciendo aún más la latencia. Las bases de datos en memoria suelen almacenar y utilizar los datos tal cual, sin ninguna transformación o análisis en la capa de la base de datos. Esto también contribuye a la reducción de la latencia, ya que acelera los tiempos de lectura y escritura.
Las bases de datos en memoria se han hecho más populares debido a las mejoras tecnológicas. En primer lugar, el precio por gigabyte (GB) de RAM se ha reducido significativamente en los últimos 20 años, lo que ha hecho más asequible el uso de la memoria para el almacenamiento de datos. Las mejoras en las soluciones de las bases de datos en memoria y los servicios gestionados en la nube también han ayudado a aliviar algunas de sus principales desventajas.
Además, las bases de datos en memoria, como Redis, pueden ahora pasar los datos de la memoria al disco, lo que permite restaurar los datos si falla un servidor. Los servicios en la nube proporcionan georreplicación, lo que significa que las aplicaciones pueden seguir en línea fallando en caso de problema. Esta reducción de costes y la mejora de la fiabilidad han hecho que las bases de datos en memoria sean opciones viables para las aplicaciones y los sitios web modernos.
Ventajas y Desventajas de las Bases de Datos en Memoria
Las principales ventajas de las bases de datos en memoria son:
- Mejoran el rendimiento.
- Son más sencillas de escalar por la forma en que almacenan los datos.
- Suelen mejorar la fiabilidad de una aplicación.
Las bases de datos en memoria suelen almacenar los datos como no estructurados o semiestructurados, en lugar de almacenarlos en complejos modelos relacionales. Los datos no estructurados hacen que el escalado de la base de datos sea más sencillo, ya que no es necesaria la sobrecarga de transferencia de datos de la red para unir datos que viven en varios nodos.
Mejorar la fiabilidad de una aplicación puede parecer contradictorio debido a la volatilidad de los datos almacenados en la RAM. Sin embargo, cuando se utilizan como capa de almacenamiento en caché, las bases de datos en memoria reducen la carga de la base de datos principal durante los picos de solicitudes. Una capa de almacenamiento en caché también puede ayudar a reducir los costes, ya que suele ser más caro escalar una base de datos tradicional que una base de datos en memoria para acelerar las peticiones frecuentes y luego utilizar la base de datos central para el almacenamiento a largo plazo.
Las principales desventajas de las bases de datos en memoria son:
- Aumentan el coste si se utilizan como única base de datos
- Tamaño de almacenamiento limitado
- Menos funciones de seguridad
Las bases de datos en memoria no suelen utilizar funciones de seguridad como el cifrado, ya que todo debe estar en la memoria, incluidas las claves de cifrado. Estas características hacen que el cifrado de los datos sea ineficaz porque cualquier entidad maliciosa con acceso a la memoria puede, en teoría, acceder también a la clave de cifrado.
Las bases de datos en memoria pueden reducir los costes cuando se utilizan con las bases de datos tradicionales. Sin embargo, suelen ser más caras cuando se utilizan como única base de datos, especialmente si almacenan grandes cantidades de datos, debido al mayor precio de la memoria frente al almacenamiento en disco. Este coste también limita la cantidad de datos que puedes guardar, ya que el almacenamiento de grandes conjuntos de datos en memoria resulta caro y suele requerir varios servidores.
¿Por Qué No Todas las Bases de Datos Son en Memoria?
El principal inconveniente que impide que las bases de datos en memoria sean omnipresentes es el coste. Aunque los precios de la RAM han bajado mucho, siguen siendo mucho más altos por GB que los discos duros y las unidades de estado sólido. Este coste hace que las bases de datos en memoria sean demasiado caras para las aplicaciones más extensas con huellas de datos colosales.
Si el precio de la RAM sigue bajando, podría llegar un momento en el que las bases de datos en memoria sean la norma, y las bases de datos basadas en disco sólo se utilicen en circunstancias puntuales.
Casos de Uso de las Bases de Datos en Memoria
Uno de los usos más comunes de las bases de datos en memoria es el almacenamiento en caché. Puedes utilizar la base de datos en memoria como capa de almacenamiento en caché junto con una base de datos tradicional. La base de datos en memoria almacena los datos a los que se accede con frecuencia, lo que evita las repetidas y costosas búsquedas en la base de datos basada en disco y proporciona una experiencia de usuario más rápida.
Las bases de datos en memoria también se han hecho famosas para los sitios de comercio electrónico, los foros y los blogs de alto tráfico con secciones de comentarios. Esto se debe a que son sitios muy dinámicos. Los sitios de comercio electrónico quieren personalizar la experiencia del usuario y mostrar la disponibilidad de los productos en tiempo real. Los blogs y foros pueden tener cientos o miles de usuarios que publican y comentan simultáneamente. Esto significa que un sitio tendrá que manejar un alto rendimiento de escritura y ser capaz de servir los últimos contenidos y comentarios a los usuarios rápidamente. Las bases de datos en memoria reducen la latencia en el almacenamiento de los contenidos generados por los usuarios y proporcionan una experiencia actualizada y personalizada.
Las bases de datos en memoria también son grandes candidatas para las tablas de clasificación de los juegos. Pueden actualizar y recuperar datos en tiempo real y ordenar los datos de forma eficiente para ofrecer una vista actual de la tabla de clasificación a medida que avanza el juego.
También puedes utilizarlas para el análisis en tiempo real. Te permiten introducir datos en la base de datos y ejecutar consultas en la versión más actualizada de los datos para crear cuadros de mando en tiempo real, análisis de riesgos y modelos de aprendizaje automático.
Ejemplos de Bases de Datos en Memoria
Hay muchas opciones a la hora de elegir una base de datos en memoria. Algunas de las más populares son Redis, Memgraph y Hazelcast. Redis es la más utilizada y está disponible como servicio gestionado en la mayoría de las plataformas en la nube. Memgraph proporciona cálculos de gráficos de datos en flujo, todo en memoria, y Hazelcast ofrece una funcionalidad similar a la de Redis pero con diferentes patrones de almacenamiento en caché.
Redis suele ser una capa de almacenamiento en caché entre los sitios web y las aplicaciones para mejorar el rendimiento evitando las costosas lecturas de la base de datos. Este aumento de rendimiento también es posible para los sitios de WordPress con la ayuda del complemento Redis de Kinsta. Junto con este complemento, Kinsta también proporciona la herramienta Kinsta APM para ayudar a solucionar cualquier problema de rendimiento con las consultas de Redis.
Los sitios web que se ejecutan en Kinsta utilizan la caché por defecto. Sin embargo, los sitios con peticiones frecuentes a la base de datos seguirán beneficiándose enormemente de Redis. La latencia de la base de datos es uno de los factores más importantes que ralentizan un sitio web, pero Redis ayuda a reducir esta carga y permite que el sitio web escale rápidamente.
Resumen
La latencia de la base de datos puede afectar significativamente a la latencia general de un sitio web o una aplicación. La lectura y escritura en los discos duros aumenta la latencia. Las bases de datos en memoria reducen la latencia de la base de datos porque almacenan los datos en la RAM. Incluso cuando se utilizan discos SSD, la RAM sigue siendo más rápida porque utiliza chips de memoria más veloces y una interfaz más rápida con la CPU. Además, puedes optimizar las estructuras de datos utilizadas por las bases de datos en memoria para una recuperación más rápida.
Las bases de datos en memoria pueden acelerar los sitios web y las aplicaciones cuando se utilizan como capa de caché entre el sitio web y una base de datos tradicional. Esto se debe a que el acceso a la memoria es más rápido que al disco, y esta reducción de la sobrecarga se traduce en tiempos de carga más rápidos del sitio web y puede contribuir a mejorar el SEO.
Redis es una de las opciones más populares de bases de datos en memoria, y puedes añadirla fácilmente a los sitios de WordPress mediante el complemento Kinsta. Prueba el complemento Redis para tu sitio alojado en Kinsta.
Salman Ravoof es desarrollador web autodidacta, escritor, creador y un gran admirador del Software Libre y de Código Abierto (FOSS, Free and Open Source Software). Además de la tecnología, le apasionan la ciencia, la filosofía, la fotografía, las artes, los gatos y la comida. Obtén más información sobre él en su sitio web, y conecta con Salman en X.
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