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Tecnología
2017/05/26のDB比較セミナーで使用した資料です。 NoSQLであるRedisについて説明しています。
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Redisの特徴と活用方法について
- Redisの特徴と 活用方法について 株式会社スカイディスク 大谷 祐司
- ・株式会社スカイディスク CTO ・山口県下関出身 ・今年から福岡に移住してIoTやってます ・2児の父親です
- 3自己紹介 マンガになりました。 雑誌に寄稿しました。 検索：大人になったらエンジニア 大谷
- 本日はRedisについて、 特徴や事例など広くお話します。 Redisに興味を持ってもらえる きっかけになれば幸いです。
- Redisとは
- Redisは高速に値をRead/WriteできるNoSQLです。 ここ最近とてもメジャーになってきました。 単純なKVSとしての機能だけではなく、 様々な「便利に使える」仕組みを実装しています。
- Githubでオープンソースとして公開されています。 BSDライセンスです。
- Redisの歴史 2009年にSalvatore Sanfilippoというイタリアの 技術者によって開発されました。 2010年からVMWareが支援を行っています。 C言語で書かれています。
- AWSもRedisを提供 2013年9月からAWSのElastiCacheで採用。 Memcached or Redisを選択可能です。 ElastiCache
- Redisの特徴
- シングルスレッド Redisはシングルスレッドで動作します。 MySQLのように複数の処理を並列で行う事は不可能です。 必然的に、全てのデータ操作は排他的になります。 Redis コマンド コマンド コマンド コマンド 1スレッドで 順番に処理
- データベースの構造 Redis DB Key-Value Key-Value Key-Value Key-Value DB IDを指定して複数のDBを持つ事ができます。 各DBは独立してキーと値を保持できます。 Key-Value Key-Value Key-Value Key-Value
- 高いパフォーマンス 全てのデータセットをメモリ内に読み込む 高速なデータアクセスを実現 ※メモリはHDDの数万倍早い。
- 高いパフォーマンス 複数の操作を１回で実行可能 アプリケーション ⇔ Redis間の通信量を削減 コマンド コマンド コマンド 実行
- データ構造のサポート ・5種類の型を値として扱う事ができる。 ・値を計算して戻す事ができる。 ※LUAスクリプティング/セット型の集合演算 複雑なデータ構造の保持や計算を Redisに任せる事が可能
- メモリを使い果たしたら？ 特定のルールに従って削除 LRUアルゴリズムなど、 5つのパターンから設定可能
- メモリを使い果たしたら？ それでもメモリを確保できないときは、 書き込みが全てエラーになります。
- レプリケーション MASTER-SLAVEのレプリケーション構築が可能。 MASTERは複数台のSLAVEを設定できる。 MASTER SLAVE SLAVE SLAVE
- レプリケーション Redisのレプリケーションは非同期。 Master-Slaveでデータの差分が出る事がある。 データの特性によって参照先の選択が必要。
- データ永続化(バックアップ) ①SAVE/BGSAVE ⇒DBのフルダンプ（RDB = Redis DataBase）を作成。 SAVE/BGSAVE Redis RDB 全データ
- データ永続化(バックアップ) ②AOF(Append Only File) ⇒コマンド実行ログ。ここからデータ復元可能。 コマンド Redis AOF コマンド
- トランザクション 複数コマンドを纏めて実行 ・アトミックな操作の保証（他の処理をブロック） ・MULTIでトランザクション開始 ・全て実行(EXEC) or 全て未実行(DISCARD) MULTI コマンド コマンド コマンド EXEC(実行) DISCARD(未実行) or
- Slow-Logの出力 設定の閾値よりも遅いクエリをメモリに記録。 秒数を指定してSLOWLOGコマンドを実行 遅いクエリの一覧を取得
- コマンド実行状況の確認 MONITORコマンド実行 受け取ったコマンドを無限にダンプ （QUITコマンドで終了） コマンドの実行状況を把握できる。
- Luaスクリプティング スクリプト言語「Lua」をRedis上で実行可能。 予めRedisにスクリプトを登録する事ができる。 高度な計算をRedisで実行可能
- Luaスクリプティング 実行中は他のリクエストをブロックする。 時間が長い処理を行うのは危険。
- Redis Sentinel Redisプロジェクトで開発されている管理サーバ 死活監視/通知/自動フェイルオーバーを実現 V2.4.16以降で利用可能
- Redis-Cluster ・インスタンスのデータノード化 ・耐障害性 ・柔軟なスケーリング http://redis.io/topics/cluster-spec
- 29 ・複数台で分散してデータを持つ(シャーディング) ・同じデータは複数台で持たない。 ・ノード毎にMaster-Slave構成が可能 (障害時はSlaveがMasterに自動で昇格) ・ノードを追加/削除した際にリシャーディンングが可能。 Redis Clusterの特徴
- 30 ・ノードに0-16384の数字(slot)を割り振る。 ・リクエストのキーを計算して、対象のサーバを判別する。 [HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384] クラスタリングの概要 [slot 0-5460] [slot 5461-10922] [slot 10923-16383] ①サーバを選んで命令 ②対象のサーバを判別して命令を転送 node1 node2 node3③命令を実行して結果を返す
- アーキテクチャ
- Redisのアーキテクチャ Redisはイベント駆動アーキテクチャで動作。 シングルスレッドでリクエストを処理します。
- Redisの動作イメージ １プロセス/１スレッドで動作 Redis コマンド コマンド コマンド コマンド 1スレッドで 順番に処理
- Redisのアーキテクチャ 1台のサーバで複数コアを活用するには？ 同一サーバに複数台のRedisを立ち上げ、 別サーバとして動かす事を推奨。 http://redis.io/topics/faq RedisはCPUの1コアのみを使用します。
- Redisのデータ型
- Redisには5つのデータ型があります。 各データ型について紹介します。
- 文字列型 ・全てのデータの基本となる型。 ・バイナリセーフで、どんな値でも扱える。 ・最大1Gまで扱える。 Orange
- リスト型 ・文字列型のリスト。 ・先頭又は末尾に値の追加が可能。 ・リスト長をキャッシュして、高速に取得可能 Apple Orange Lemon Kiwi Peach 1 ２ ３ ４ ５ 値を順番に保持
- セット型 ・文字列型の順不同の集合。 ・同じメンバを重複して登録する事はできない。 ・2つのセットに集合演算が使用できる。 Apple Orange Lemon Kiwi Peach 値を順不同で保持
- セット型の集合演算用のコマンド 積集合（SINTER） A B
- 和集合（SUNION） セット型の集合演算用のコマンド A B
- 差集合（SDIFF） セット型の集合演算用のコマンド A B
- ソート済みセット型 ・文字列型の集合。 ・「スコア」の値でソートされた順位を持っている。 ・同じメンバを重複して登録する事はできない。 ・スコアの値、順位で範囲検索が可能。 Apple スコア :10 Orange スコア :30 Lemon スコア :50 Kiwi スコア :70 Peach スコア :90 1 ２ ３ ４ ５ 値をスコアの大きさ順に保持
- 同じスコアの場合の順位は？ 同一順位が複数できるのではなく、 全ての値が別の順位になります。 (アスキーコード順にランク)
- ハッシュ型 ・順番がない文字列型のフィールドと値のマップ。 ・フィールド値での検索が可能。 ・値を指定しての検索は不可能。 Apple Orange Lemon Kiwi Peach A B C DE 値とキーをセットで保持
- 最近の バージョンアップと機能追加
- Ver3.0リリース：2015年3月 ・ Redis Clusterへの対応。 ・ WAITコマンドの追加。 ・ LRUアルゴリズムの改善。
- Ver3.2リリース：2016年5月 ・GEO API導入(緯度/経度でインデックス) ・Luaスクリプティングのデバッガ ・Redis Cluster強化
- Ver4.0リリース準備中：(現時点でRC3) ・ 新しいレプリケーションの仕組み。 ・ LFUのキャッシュアルゴリズム。 →参照回数に基づくデータの維持 ・ RDBとAOFを合わせたバックアップファイル。 ・バックグラウンド処理を利用したデータ削除。
- Redisは進化し続けています
- Redisを使う方法
- Cliが用意されており、 コマンドで操作が可能です。
- 53 多くの言語やフレームワークで Redis用のライブラリが存在します。
- AWSではElastiCacheとして利用できます。 フルマネージドで、マルチAZに対応しています。
- 2016年10月からはRedis3.2に対応。 Clusterによるスケールアウトが可能に。
- Elasti Cache のパフォーマンス。 15シャードで最大3.5Tのメモリを利用可能。 各シャードは秒間2,000万読み込み、 450万書き込みの性能。
- Redisの活用事例
- 複数サーバからネットワーク経由で利用できる Webアプリケーションのセッション たくさんのフレームワークで セッションストアとして採用されています。 expireを設定することで、セッションの自動的 な削除が可能です。
- RDBアクセスのキャッシュ 非常に高いRead/Writeのパフォーマンス RDBのデータをキャッシュとして保持。 複雑なSQLの実行で時間がかかるとき、 パフォーマンスアップに効果を発揮します。
- ゲームのランキングデータ User:A スコア :10 User:A スコア :50 User:A スコア :70 User:A スコア :90 1 ３ ４ ５ ユーザランキング User:A スコア :30 プレイ結果 ソート済みセット型
- ・「ユーザID」「スコア」をソート済みセットに登録。 ⇒スコア順のユーザランキングが生成される。 ・順位での検索、ユーザでの検索、スコアでの検索が可能。 ※RDBだとランク取得にorder_byが必要になり、処理が重い。 ゲームのランキングデータ
- IoTデータの一時データ保存先 センサーデバイス ゲートウェイ DBNW／APP
- 最後に
- Redisは様々な機能をもったNoSQLです。 RDB等と組み合わせることで、パフォーマンスの高い アプリケーション構築を実現することができます。 ぜひ試してみてください。
- 発表は以上になります。 ご清聴ありがとうございました。
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