Många webbplatser och applikationer lagrar vanligvis sina data i en databas. Att läsa och skriva data från en databas kan dock påverka en applikations latenstid avsevärt. Det är viktigt att minska latensen så mycket som möjligt, eftersom användarna förväntar sig snabba och responsiva applikationer. Snabbare webbplatser presterar dessutom bättre för sökmotoroptimering (SEO).
Att skriva till en databas ökar latensen eftersom databaser generellt skriver data till en disk i stället för att hålla dem i minnet. Det är vanligt att databaser tillämpar komprimering och kryptering, vilket ökar latensen vid läsning och skrivning av data. För att övervinna de här utmaningarna så kan du använda en minnesdatabas för snabb lagring och hämtning av data från RAM-minnet i stället för från en disk.
I den här artikeln så diskuterar vi hur minnesdatabaser fungerar, några populära alternativ och några av kompromisserna jämfört med en standarddatabas.
Vad är minnesbaserade databaser?
Minnesdatabaser nyttjar RAM-minne i stället för hårddiskar (HDD) eller SSD-enheter (Solid State Drives) för att lagra data, vilket drastiskt minskar latensen vid läsning och skrivning av data. Minskningen av latenstiden beror på två huvudskäl. För det första så går det snabbare att komma åt data från minnet än från en disk, och för det andra så är de datastrukturer som används för att lagra data i minnet mer okomplicerade än disklagring. Detta gör att CPU-överskottet är lägre vid läsning och skrivning av data.
Denna låga latenstid har dock en kostnad eftersom de data som lagras i minnet går förlorade om en server går sönder. Till skillnad från skivlagring så behåller minnet inte sitt innehåll vid strömavbrott, så det finns en avvägning mellan motståndskraft och snabbhet.
Minnesdatabaser är ett utmärkt alternativ för tillämpningar som kräver snabba data eller data i realtid, t.ex. leaderboards eller realtidsanalyser. De är även användbara för cachelagring av data som du vanligtvis lagrar i en diskbaserad databas för att minska antalet läsningar och skrivningar till disken och minimera latenstiden.
Att minska latenstiden är särskilt viktigt för webbplatser. Användare som tycker att webbplatsen är responsiv är mer benägna att fortsätta att använda den. Google och andra sökmotorer använder dessutom även webbplatsens laddningshastighet som en faktor i SEO. Snabba webbplatser rankas bättre i sökresultaten, vilket ökar chansen att användarna besöker din webbplats.
En förklaring av minnesdatabaser
Eftersom minnesdatabaser lagrar data i RAM-minnet så har de en mycket lägre latenstid än en hårddisk, som använder mekaniska, rörliga delar för att få tillgång till rätt diskplats. Hårddisken måste sedan läsa data och överföra dem via gränssnittet mellan lagringsenheten och datorn. Även med SSD-diskar så är RAM fortfarande upp till 30 gånger snabbare tack vare de mer effektiva minneschipen och CPU-gränssnittet. Vissa riktmärkestester har visat att om man använder MySQL med Redis – en populär minnesdatabas – som cachelagring så kan man minska fördröjningen av frågor med upp till 25 procent jämfört med en fristående MySQL-databas.
Det finns även en andra anledning till varför minnesdatabaser är snabba. Du kan optimera de datastrukturer som används av in-memory-databaser för snabbare hämtning. Relationella databaser använder exempelvis ofta B-träd för index, vilket möjliggör snabba sökningar samtidigt som de stöder läsning och skrivning av stora datablock till disk. Databaser i minnet behöver inte skriva datablock till disken och kan välja mer prestandaanpassade datastrukturer, vilket minskar latensen ytterligare. Databaser i minnet lagrar och använder ofta data som de är, utan någon omvandling eller analys i databaslagret. Detta bidrar även till att minska latensen, eftersom det både snabbar upp läs- och skrivtiderna.
Minnesdatabaser har blivit mer populära tack vare tekniska förbättringar. För det första så har priset per gigabyte (GB) för RAM-minnet sjunkit betydligt under de senaste 20 åren. Detta har gjort det mer överkomligt att använda minne för datalagring. Förbättringar av lösningar för minnesbaserade databaser och hanterade molntjänster har också bidragit till att lindra några av deras största nackdelar.
Dessutom kan minnesdatabaser som Redis nu ta ögonblicksbilder av data från minnet till disken. Detta gör det möjligt att återställa data om en server går sönder. Molntjänster tillhandahåller georeplikering, vilket innebär att applikationer kan förbli online genom att de kan övergå till andra enheter i händelse av problem. Kostnadsminskningen och den förbättrade tillförlitligheten har gjort minnesdatabaser till ett möjligt alternativ för moderna applikationer och webbplatser.
Fördelar och nackdelar med minnesdatabaser
De viktigaste fördelarna med minnesdatabaser är följande:
- De förbättrar prestandan.
- De är enklare att skala tack vare sättet som de lagrar data på.
- De förbättrar ofta en applikations tillförlitlighet.
Databaser i minnet lagrar vanligtvis data som ostrukturerade eller halvstrukturerade i stället för att den lagras i komplexa relationsmodeller. Ostrukturerad data gör det enklare att skala databasen, eftersom det inte behövs någon nätverksöverföring av data för att sammanföra data som finns i flera noder.
Att förbättra en applikations tillförlitlighet kan verka kontraintuitivt på grund av volatiliteten hos data som lagras i RAM. När de används som ett cachelager så minskar dock minnesdatabaserna belastningen på den primära databasen vid förfrågnings-toppar. Ett cachelager kan även bidra till att minska kostnaderna eftersom det ofta är dyrare att skala en traditionell databas än en minnesdatabas för att snabba upp frekventa förfrågningar och sedan använda den centrala databasen för mer långsiktig lagring.
De största nackdelarna med minnesdatabaser är följande:
- Ökad kostnad om de används som enda databas
- Begränsad lagringsstorlek
- Färre säkerhetsfunktioner
Minnesdatabaser använder generellt inte säkerhetsfunktioner som kryptering, eftersom allt måste finnas i minnet – inklusive krypteringsnycklar. Dessa funktioner gör kryptering av data ineffektivt eftersom alla skadliga enheter som har tillgång till minnet teoretiskt sett även kan få tillgång till krypteringsnyckeln.
Databaser i minnet kan minska kostnaderna när de används tillsammans med traditionella databaser. De är dock ofta dyrare när de används som enda databas, särskilt om de lagrar stora datamängder. Detta beror på det högre priset på minne jämfört med disklagring. Denna kostnad förbjuder även mängden av data som du kan behålla, eftersom lagring av stora datamängder i minnet blir dyrt och ofta kräver flera servrar.
Varför finns inte alla databaser i minnet?
Den största nackdelen som hindrar minnesbaserade databaser från att bli allestädes närvarande är kostnaden. Även om priserna på RAM-minne har sjunkit betydligt så är det fortfarande mycket högre per GB än HDD:er och SSD:er. Denna kostnad gör att minnesdatabaser är för dyra för mer omfattande tillämpningar med kolossala dataavtryck.
Om priset på RAM fortsätter att sjunka så kan det komma en tid då minnesdatabaser blir standard och diskbaserade databaser endast används under nischade omständigheter.
Användningsområden för minnesdatabaser
Ett av de vanligaste användningsområdena för minnesdatabaser är cachelagring. Du kan använda en minnesdatabas som ett cachelager tillsammans med en traditionell databas. I minnesdatabasen så lagras ofta använda data, vilket förhindrar upprepade och kostsamma sökningar i den diskbaserade databasen och ger en snabbare användarupplevelse.
Minnesdatabaser har även blivit kända för e-handelswebbplatser, forum och bloggar med hög trafik och kommentarsfält. Detta beror på att dessa webbplatser är väldigt dynamiska. E-handelswebbplatser vill anpassa användarupplevelsen och visa produkttillgänglighet i realtid. Bloggar och forum kan ha hundratals eller tusentals användare som skriver och kommenterar samtidigt. Detta innebär att en webbplats måste hantera en hög skrivhastighet och snabbt kunna visa det senaste innehållet och kommentarerna för användarna. Minnesdatabaser minskar latensen när det gäller att lagra användargenererat innehåll och ge en aktuell och personlig upplevelse.
Minnesdatabaser är även utmärkta kandidater för leaderboards för spel. De kan uppdatera och hämta data i realtid och effektivt sortera data för att ge en aktuell bild av topplistan när spelet fortskrider.
Du kan även använda dem för analyser i realtid. De gör det möjligt att strömma data till databasen och utföra sökfrågor på den mest aktuella versionen av datan. Detta kan strömmas till instrumentpaneler i realtid, samt nyttjas för riskanalyser och modeller för maskininlärning.
Exempel på minnesdatabaser
Det finns många valmöjligheter när man väljer en minnesdatabas. Några av de mest populära är Redis, Memgraph och Hazelcast. Redis är den mest använda och finns tillgänglig som en hanterad tjänst på de flesta molnplattformar. Memgraph tillhandahåller grafberäkningar av strömmande data, allt i minnet, och Hazelcast erbjuder en liknande funktionalitet som Redis men med olika cachelagringsmönster.
Redis är vanligtvis ett cachelager mellan webbplatser och applikationer för att förbättra prestandan genom att förhindra kostsamma databasläsningar. Denna prestandaförbättring är även möjlig för WordPress-webbplatser med hjälp av Redis-tillägget från Kinsta. Tillsammans med det här tillägget så tillhandahåller Kinsta även Kinsta APM-verktyget för att hjälpa till att felsöka eventuella prestandaproblem med Redis-förfrågningar.
Webbplatser som körs på Kinsta använder cachelagring som standard. Webbplatser med frekventa databasförfrågningar kommer dock fortfarande att ha stor nytta av Redis. Databaslatens är en av de viktigaste faktorerna som gör en webbplats långsammare, men Redis hjälper till att minska denna börda och gör att webbplatsen snabbt kan skalas.
Sammanfattning
Databaslatens kan påverka en webbplats eller applikations totala latens avsevärt. Läsning från och skrivning till hårddiskar ökar latensen. Databaser i minnet minskar databaslatensen eftersom de lagrar data i RAM-minne. Även om man använder SSD-diskar så är RAM fortfarande snabbare eftersom man använder snabbare minneschip och ett snabbare gränssnitt till CPU: n. Du kan dessutom optimera de datastrukturer som används av minnesdatabaser för snabbare hämtning.
Minnesdatabaser kan snabba upp webbplatser och applikationer när de används som ett cachelager mellan webbplatsen och en traditionell databas. Detta beror på att minne går snabbare att komma åt än disk, och denna minskning resulterar i snabbare laddningstider för webbplatser och kan bidra till en förbättrad SEO.
Redis är ett av de mest populära alternativen för minnesdatabaser, och du kan enkelt lägga till den på WordPress-webbplatser med hjälp av tillägget hos Kinsta. Prova Redis-tillägget för din Kinsta-hostade webbplats.
Salman Ravoof är en självlärd webbutvecklare, författare, skapare och en stor beundrare av fri och öppen källkod (FOSS). Förutom teknik är han intresserad av vetenskap, filosofi, fotografi, konst, katter och mat. Lär dig mer om honom på hans hemsida och kontakta Salman på X.
Lämna ett svar