Redis vs Memcached

sileeee·2022년 1월 25일
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개요

e-commerce 대용량 서버 프로젝트에서 세션 불일치 문제를 해결하기 위해 session storage방식으로 데이터를 관리하기로 정하였습니다. 이러한 In-memory DB인 RedisMemchaced중에서 세션 저장소로 어떤 것이 적합할지 비교해 보려고 합니다.

1. Memcached

(1) 장점

1) 서버 한 대에 장애가 발생해도 문제가 발생하지 않으며, 검색시간이 짧습니다.

Memcached 자체에는 분산기능이 없지만 Memcached의 라이브러리인 Consistent Hashing을 통해서 데이터를 분산합니다.

Consistent Hashing을 이용하여 클라이언트가 DBMS에서 장애 시점을 읽어 다시 캐시하는 로직을 미리 만들어둘 수 있습니다.
위의 Memcached의 서비스 구조를 보면 알 수 있듯이, 클라이언트가 Memcached 서버의 주소를 모두 알고 있어 Memcached 서버 한 대가 장애가 발생하더라도 크게 문제가 발생하지 않습니다.
또한 Memcached는 해시 형태기 때문에 O(1)의 성능을 내어 검색 시간이 매우 짧습니다.

만약 Consistent Hashing이 아니라면, 장애가 발생할 때 일반적으로 다른 프로그램에서는 남아있는 서버만큼만 트래픽을 보내기 위해 서버 설정을 다시 배포해야 합니다.


2) Memcached에서는 리플리케이션이 가능합니다.

Memcached를 Master/Master 리플리케이션이 가능하도록 만든 Repcached 프로그램이 있어 메모리가 날라가도 원본 데이터로 즉시 복구할 수 있습니다.

다만, 전원이 내려가면 메모리의 내용이 모두 사라지는 메모리 캐시 서버는
주목적이 캐시이므로 내부 데이터가 사라져도 상관이 없을수도 있습니다.

3) Memcached는 트래픽이 몰려도 Redis에 비해 응답 속도가 안정적인 편이며, 메모리 파편화 문제가 적습니다.

Memcached의 메모리 할당 구조가 slab할당자를 이용한 형태입니다. 때문에 메모리 재할당을 하지 않고 관리하는 형태를 취합니다.


4) Redis에 비하면 메타 데이터를 적게 사용하기 때문에 메모리 사용량이 상대적으로 낮습니다.

Memcached는 작고 변하지 않는 정적인 데이터를 캐싱할 때 내부 메모리 관리가 Redis 만큼 복잡하지 않습니다. 때문에 Redis에 비해 능률적으로 이루어져 메모리 사용량이 낮습니다.



(2) 단점

1) Redis처럼 데이터 타입과 API가 다양하지 않습니다.

2) 데이터 변경이 잦은 경우엔 메모리 파편화가 발생하기 쉽습니다.



💡 정리

  • 서버 한 대가 장애가 발생하더라도 큰 문제 없이 서비스를 제공할 수 있다.
  • O(1)의 성능인 Memcached를 사용하면 통신 속도가 빠르다.
  • Memcached에 저장한 원본 데이터는 메모리가 날라가도 즉시 복구할 수 있다.
  • 트래픽이 몰려도 응답속도는 Redis에 비해 안정적이다.
  • 데이터 변경이 적은 경우에 메모리 파편화 문제가 적은 편이다.
  • 메모리 사용량이 Redis에 비해 낮다.

2. Redis

(1) 장점

1) Memcache에 비해 발전속도가 빠릅니다.

Redis는 Memcache와 비슷한 분산 캐시이며 저장소의 개념이 추가되었다고 생각하시면 됩니다. Memcached의 지지부진한 발전에 비해, Redis는 엄청난 속도로 발전하고 있습니다.


2) Redis는 Memcached에서 제공하지 않은 여러 기능을 제공합니다.

기능특징
Data TypeList, Sorted Set, Hash등의 자료구조를 제공. Collection 사용 가능.
ReplicationMaster/Slave로 사용할 수 있는 리플리케이션을 제공.
PersistenceRDB라는 현재 메모리의 Data Set에 대해서 Snapshot을 만들 수 있는 기능 제공.
Pub/SubRedis를 Publisher/Subscribe 형태로 이용할 수 있는 기능 제공.

Spring Data Redis에서는 SessionCallback 인터페이스를 통해 여려 명령을 동시에 처리하는 기능을 제공합니다.
또한, Spring Data Redis에서 기존의 데이터와의 호환성을 위해 Java 객체를 Redis에 저장할 때 Hash 자료구조 형태로 저장합니다.
스프링에서는 Spring data에서 제공하는 CrudRepository를 상속받아, Redis의 CRUD를 간단하게 처리할 수 있습니다.


3) Redis는 디스크에 데이터를 기록하고 있기 때문에, 메모리가 날라가도 데이터를 복구할 수 있습니다.

데이터 복구 방식으로는 RDBAOF가 있는데,
RDB는 현재 메모리 상태의 snapshot을 만들어 사용하며
AOF는 로그에 남긴 Write/Update 이벤트를 기반으로 복구합니다.

RDB와 AOF는 결국엔 파일에 데이터를 기록하는 것이므로 성능을 저하시킵니다. 그래서 실제로 Master는 서비스만 하고 Slave에서 AOF와 RDB를 이용해서 백업하는 형태로 사용합니다.


4) Redis는 key에 저장할 수 있는 값의 범위가 Memcached보다 큽니다.

Redis는 한 개의 KEY에 저장할 수 있는 VALUE의 범위가 512MB 입니다. Memcached는 1MB로 Redis에 비해 더 훨씬 작습니다.



(2) 단점

1) Redis는 메모리를 2배로 사용합니다.

싱글 스레드인 Redis는 snapshot을 뜰 때, 자식 프로세스를 하나 만들고 난 후 새로 변경된 메모리 페이지를 복사해서 사용합니다. 보통 Redis는 데이터의 변경이 잦을 때 사용하기 때문에 실제 메모리 양만큼 자식 프로세스가 복사하게 됩니다.

2) Redis는 jemalloc을 이용하여 메모리 파편화가 발생하기 쉽습니다.

Redis는 jemalloc을 이용하여 매번 malloc/free를 통해 메모리 할당이 이루어집니다. 결국 Redis에서 메모리 파편화가 발생하게 되어 할당 비용 때문에 응답 속도가 느려집니다.

다만, 이는 극단적으로 봤을 때 발생하는 일이며 치명적인 문제가 아니라고 합니다.
또한 jemalloc 4.x 버전부터 메모리 파편화를 줄이기 위한 jemalloc에 힌트를 주는 기능이 들어갔다고 합니다.



💡 정리

  • Memcached에서 제공하지 않은 기능을 다양하게 제공한다.
  • 해시 형태이기 때문에 Memcached와 성능 차이가 크지 않다.
  • 리플리케이션이 가능하여 메모리가 날라가도 복구할 수 있다.
  • Key에 저장할 수 있는 데이터의 범위가 Memcached에 비해 크다.
  • 메모리를 2배로 사용하며, 메모리 파편화가 발생하기 쉽다.
  • 트래픽이 몰리면 응답속도가 불안정한 편이다.



결론

e-commerce 대용량 서버 프로젝트는 Spring을 사용하여 진행 중이기 때문에 여러 기능을 제공하는 Redis를 In-Memory DB로 선택하였습니다. 서비스의 세션 데이터를 저장하고 관리할 것이므로 자료형이 다양하고, 조작이 유리한 Redis가 편리할 것이라 판단하였습니다.
때문에 Redis의 단점들을 감수하며 Memcached에 비해 강력한 운영 기능을 가진 Redis를 선택하게 되었습니다.



📕Reference

Memcached와 Redis - 지은이 강명대

redis-vs-memcached

memcached-vs-redis-which-one-pick

H2vsMemcachedvsRedis

[Cache]Redis vs Memcached - 복세편살

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