Redis là gì?

Redis (Remote Dictionary Server) là một kho lưu trữ dữ liệu key-value mã nguồn mở với tốc độ cao. Redis được sử dụng để lưu trữ dữ liệu có cấu trúc, có thể được sử dụng như một database, bộ nhớ cache hay một message broker.

Dự án này ban đầu được đề xuất bởi một developer nhằm cải thiện khả năng mở rộng doanh nghiệp của mình. Hiện nay Redis có thể được sử dụng như một database, cache, message broker hay queue.

Redis có khả năng phản hồi chỉ trong vài mili giây, cho phép xử lý hàng triệu request mỗi giây, phù hợp với các ứng dụng trong thời gian thực như gaming, dịch vụ tài chính, IoT,… Trong những năm gần đây, Redis đang là một trong những engine mã nguồn mở phổ biến nhất, được nhận danh hiệu database được yêu thích nhất của Stack Overflow trong 5 năm liên tiếp. Để hiểu hơn về khái niệm Redis là gì hay Redis Cache là gì, mời bạn cùng tiếp tục tìm hiểu trong những phần dưới đây.

Những ứng dụng của Redis trong lập trình

Vậy những ứng dụng của Redis là gì? Vì sao nó lại phổ biến như thế? Dưới đây là những ứng dụng của Redis trong lập trình, bao gồm:

Caching

Redis là một giải pháp hàng đầu khi cần triển khai cache trong bộ nhớ (in-memory) để hạn chế độ trễ khi truy cập dữ liệu, đồng thời tăng thông lượng và giảm tải của database. Ngoài ra, Redis cũng có thể phân phối các item được yêu cầu chỉ trong chưa đầy 1 mili giây, do đó cho phép người dùng dễ dàng mở rộng quy mô, cải thiện load mà không cần nâng cấp backend.

Một số ứng dụng phổ biến của Redis trong caching: Caching kết quả truy vấn database, caching trang web, caching các đối tượng được sử dụng thường xuyên (ảnh, file, metadata),…

Nhắn tin và hàng đợi

Redis hỗ trợ Pub/Sub (Publish/Subscribe) với tính năng khớp mẫu (pattern matching), cùng nhiều cấu trúc dữ liệu khác như list, sorted set hay hash. Do đó, Redis có khả năng hỗ trợ các chat room yêu cầu hiệu năng cao, bình luận stream trong thời gian thực, feed của các mạng hay liên lạc giữa các server với nhau. Cấu trúc dữ liệu list trong Redis cho phép việc triển khai hàng đợi (queue) với kích thước nhẹ và vô cùng dễ dàng.

List trong Redis hỗ trợ nhiều tác vụ và khả năng block, do đó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng yêu cầu có một message broker ổn định hay circular list.

Bảng xếp hạng trong game

Redis cũng là một lựa chọn hàng đầu đối với các developer game có nhu cầu xây dựng bảng xếp hạng trong thời gian thực. Cấu trúc dữ liệu sorted set của Redis đảm bảo tính duy nhất của các phần tử, đồng thời duy trì danh sách được sắp xếp theo điểm số của người chơi.

Việc tạo một bảng xếp hạng trong thời gian thực với Redis vô cùng đơn giản: Chỉ cần cập nhật điểm số của người chơi mỗi khi nó thay đổi. Ngoài ra ta cũng có thể ứng dụng cấu trúc sorted set để xử lý dữ liệu dạng chuỗi thời gian bằng cách dùng timestamp như điểm số.

Lưu trữ phiên

Redis là một kho lưu trữ dữ liệu in-memory với tính khả dụng và độ ổn định rất cao, vì vậy cũng không ngạc nhiên khi đây là một trong những lựa chọn phổ biến nhất của các developer ứng dụng nhằm lưu trữ và quản lý dữ liệu phiên cho các ứng dụng quy mô internet. Với độ trễ thấp, khả năng mở rộng tốt, Redis có thể dễ dàng quản lý các dữ liệu của phiên như profile người dùng, thông tin đăng nhập, trạng thái phiên, thông tin cá nhân hoá của người dùng,…

Streaming

Kho lưu trữ dữ liệu in-memory cũng là một đặc điểm vô cùng phù hợp với mục đích live stream. Cụ thể, Redis thường được dùng để lưu trữ metadata về profile, lịch sử xem hay token xác thực của hàng triệu người dùng khác nhau. Bên cạnh đó, Redis còn cho phép CDN phân phối video đến hàng triệu người dùng trên mọi thiết bị trong cùng một lúc.

Khoa học không gian, địa lý

Redis cung cấp nhiều cấu trúc và toán tử dữ liệu in-memory để quản lý hiệu quả dữ liệu không gian địa lý trong thời gian thực. Nền tảng này hỗ trợ câu lệnh như GEOADD, GEODIST, GEORADIUS, GEORADIUSBYMEMBER có thể được dùng để lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu không gian địa lý. Bên cạnh đó, người dùng cũng có thể sử dụng Redis để thêm các tính năng dựa trên vị trí địa lý như: Thời gian di chuyển, khoảng cách di chuyển, các địa điểm ưa thích,… vào ứng dụng của mình.

Machine Learning

Các ứng dụng hướng dữ liệu hiện đại yêu cầu nhiều thuật toán machine learning để có thể nhanh chóng xử lý lượng dữ liệu lớn và tự động đưa ra phán đoán phù hợp. Lấy ví dụ như các bài toán phát hiện gian lận trong game hoặc dịch vụ tài chính, đặt cược trong thời gian thực,… tất cả đều yêu cầu khả năng xử lý dữ liệu trực tiếp và đưa ra quyết định trong thời gian cực kỳ ngắn. Và Redis là nền tảng cung cấp kho lưu trữ dữ liệu in-memory tốc độ cao để xây dựng, huấn luyện và triển khai các mô hình machine learning dễ dàng hơn.

Phân tích trong thời gian thực

Redis có thể được ứng dụng trong các giải pháp streaming như Apache Kafka hay Amazon Kinesis, với vai trò như một kho lưu trữ in-memory để thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu trong thời gian thực. Nền tảng này cũng là một lựa chọn hàng đầu cho mục đích phân tích các phương tiện truyền thông xã hội, cá nhân hoá, quảng cáo hay IoT.

Ưu và nhược điểm của Redis là gì?

Redis hiện đang được tin dùng bởi hơn 5000 công ty trên toàn thế giới, trong đó có cả nhiều ông lớn như Snapchat, Twitter, Slack, Uber, Airbnb và Pinterest. Vậy ưu và nhược điểm của Redis là gì? Có nên xem Redis là giải pháp duy nhất hay không?

Ưu điểm

• Tốc độ cực nhanh.
• Dễ thiết lập và sử dụng.
• Hỗ trợ nhiều cấu trúc dữ liệu linh hoạt.
• Cho phép lưu trữ các cặp key-value với kích thước lên đến 512MB.
• Sử dụng cơ chế hash riêng (Redis Hashing).
• Không bị downtime và ảnh hưởng hiệu suất khi thay đổi quy mô.
• Mã nguồn mở, ổn định.
• Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau: Java, Python, PHP, C, C++, C#, JavaScript, Node.js, Ruby, R, Go,…

Nhược điểm

• Dữ liệu được chia sẻ dựa trên các vị trí hash gán cho từng Master. Vì vậy nếu Master đang giữ slot gặp trục trặc, dữ liệu trong slot đó cũng sẽ bị mất.
• Client kết nối đến các cluster Redis nên chú ý đến cấu trúc liên kết cụm.
• Khi sử dụng Redis cần nhiều RAM vì cơ chế in-memory.

Các kiểu dữ liệu trong Redis là gì?

Được thiết kế dành cho các developer, khác với các kho lưu trữ dữ liệu key-value truyền thống, cấu trúc dữ liệu trong Redis cung cấp nhiều phương thức linh hoạt để mô hình hoá dữ liệu, dùng được cho nhiều ứng dụng hiện đại. Các cấu trúc dữ liệu phức tạp này cho phép người dùng phát triển các ứng dụng với khối lượng code tối thiểu, đồng thời cho phép xử lý với bộ nhớ mạnh mẽ, tốc độ cao.

Các cấu trúc dữ liệu trong Redis giúp hạn chế tối đa chi phí cho việc phiên dịch giữa các đối tượng ứng dụng sang các thực thể cơ sở dữ liệu cho mọi tác vụ liên quan đến cơ sở dữ liệu.

Redis cung cấp các cấu trúc: String, Hash, List, Set, Sorted Set, Bitmap, Bitfield, HyperLogLog, Geospatial index Stream. Với mỗi cấu trúc dữ liệu, Redis đều duy trì nhiều lệnh chuyên dụng để hỗ trợ đa nhiệm một cách tối ưu nhất.

String

String là cấu trúc dữ liệu nhị phân, đồng thời là một trong những block linh hoạt nhất của Redis. Cấu trúc này có thể lưu trữ bất kỳ loại dữ liệu nào: Chuỗi, số nguyên, số thập phân, ảnh JPEG, đối tượng Ruby,…

Redis có thể làm việc cùng string, từng phần của nó, cũng như giúp tăng/giảm giá trị của float, integer.

Set

Cấu trúc tập hợp (set) trong Redis lưu trữ một tập hợp các member, có tính duy nhất. Set cho phép thêm, tìm nạp hoặc xoá bớt các member, kiểm tra member hoặc truy xuất một member ngẫu nhiên. Bên cạnh đó, ta cũng có thể thực hiện các toán tử của tập hợp như: Lấy phần giao, lấy hợp, phần khác nhau, tính toán lực lượng của tập hợp,…

Sorted Set

Sorted Set chứa một danh sách các member, có tính duy nhất và được sắp xếp theo điểm số (ở dạng số thập phân). Tương tự như cấu trúc Set, ta cũng có thể thêm, tìm nạp, xoá thành viên, hay thực hiện các toán tử của tập hợp. Bên cạnh đó, người dùng cũng có thể truy vấn tập hợp dựa trên điểm số hay giá trị của member, lọc, tổng hợp, sắp xếp kết quả,…

List

List trong Redis chứa tập hợp các phần tử chuỗi được sắp xếp theo thứ tự chèn của chúng. Người dùng có thể thực hiện các thao tác cơ bản với list như: Push, pop, trim, tìm vào xoá item dựa theo giá trị hoặc vị trí.

Hash

Có bản chất tương tự như các hàng trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Cấu trúc dữ liệu hash trong Redis lưu trữ một tập hợp các cặp field-value, cho phép người dùng thêm, fetch và xoá từng item riêng lẻ hoặc toàn bộ hash.

Bitmap

Redis Bitmap là một cấu trúc dữ liệu có kích thước nhỏ, có thể lưu trữ các trạng thái và logic nhị phân. Cấu trúc này cung cấp các lệnh để tìm nạp và đặt giá trị tại một vị trí nhất định, đồng thời cho phép áp dụng các toán tử AND, OR, XOR và NOT cho các key bitmap.

Bitfield

Bitfield cung cấp một phương thức hiệu quả, nhỏ gọn để triển khai nhiều bộ đếm (counter) trong một mảng duy nhất. Bên cạnh đó, bitfield cũng cho phép counter tăng/giảm ở một vị trí nhất định, đồng thời đánh dấu overflow khi counter vượt quá giới hạn của nó.

HyperLogLog

HyperLogLog là một cấu trúc dữ liệu xác suất được sử dụng để đếm các giá trị duy nhất với một kích thước bộ nhớ không đổi. Người dùng có thể thêm và đếm số lượng lớn item mà vẫn đảm bảo hiệu năng của bộ nhớ.

Geospatial index

Geospatial index (chỉ mục không gian địa lý) cho phép quản lý và sử dụng dữ liệu không gian địa lý cực kỳ hiệu quả trong Redis. Người dùng có thể thêm các item với kinh độ, vĩ độ, tính toán khoảng cách giữa các đối tượng, tìm member trong một phạm vi bán kính nhất định từ vị trí cho sẵn,…

Stream

Redis Stream là một cấu trúc dữ liệu vô cùng mạnh mẽ trong việc quản lý các luồng dữ liệu tốc độ cao. Với khả năng phân vùng độc lập, nhân bản và độ ổn định cao, Stream trong Redis có thể bắt và xử lý hàng triệu điểm dữ liệu trong mỗi giây, với độ trễ chỉ tính bằng đơn vị mili giây. Cấu trúc dữ liệu này được dựa trên triển khai radix-tree, do đó cho phép người dùng truy vấn tra cứu với tốc độ rất cao.

Persistent Redis là gì?

Persistent dùng để chỉ việc ghi dữ liệu vào các bộ nhớ ổn định, chẳng hạn như ổ SSD. Redis cũng cung cấp một số tuỳ chọn như dưới đây:

• RDB (Redis Database): Thực hiện các snapshot của tập dữ liệu trong các khoảng thời gian nhất định.
• AOF (Append Only File): Viết lại mọi thao tác ghi mà server nhận được, chạy mỗi khi server khởi động. Các lệnh được log theo định dạng giống như giao thức Redis theo kiểu append-only (chỉ thêm). Redis có khả năng viết lại log nếu background có kích thước quá lớn.
• No persistence: Người dùng vẫn hoàn toàn có thể disable tín năng này nếu chỉ cần dữ liệu tồn tại khi server đang chạy.
• RDB + AOF: Nếu kết hợp AOF và RBD, cần lưu ý rằng khi Redis restart thì file AOF sẽ được dùng để xây dựng lại tập dữ liệu ban đầu.

Vậy ưu và nhược điểm của RBD hay AOF trong Redis là gì? Hãy cũng tiếp tục tìm hiểu ở trong phần này của bài viết.

RDB (Database file)

RDB có nhiệm vụ tạo và sao lưu snapshot của DB vào trong ổ cứng sau những khoảng thời gian nhất định. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm của RDB:

Ưu điểm

• Là một biểu diễn file đơn vô cùng nhỏ gọn, đặc biệt phù hợp cho mục đích backup, ngoài ra còn có thể được chuyển đến các data center nhanh chóng.
• RDB giúp tối ưu hiệu năng của Redis vì parent process của Redis chỉ cần fork để tồn tại, còn child process sẽ xử lý mọi thao tác còn lại. Parent process không bao giờ thao tác disk I/O.
• RDB hỗ trợ tốc độ restart nhanh hơn, đặc biệt là trên các bộ dữ liệu lớn.
• Trên các bản sao, RDB hỗ trợ đồng bộ hoá một phần sau khi khởi động lại và failover.x.

Nhược điểm

• Không hiệu quả trong việc hạn chế mất mát dữ liệu nếu chẳng may Redis ngừng hoạt động đột ngột.
• Cần sử dụng lệnh fork() thường xuyên để duy trì được trên đĩa. Thao tác fork() có thể tốn nhiều thời gian nếu tập dữ liệu có kích thước lớn. AOF mặc dù cũng cần fork() nhưng có cường độ thấp hơn.

AOF (Append Only File)

AOF sẽ lưu lại tất cả các thao tác write mà server nhận được, những thao tác này sẽ chạy lại khi restart server hoặc tái thiết lập dataset ban đầu.

Ưu điểm

• Bền bỉ và ổn định hơn. Người dùng có thể có nhiều chính sách fsync khác nhau, được thực hiện bằng một background thread và main thread sẽ cố gắng viết nếu không có fsync nào đang chạy.
• Log của AOF ở chế độ append-only do đó không bị ảnh hưởng nếu Redis ngừng đột ngột (chẳng hạn như trường hợp mất điện). Bên cạnh đó, công cụ radis-check-aof cho phép xử lý trường hợp log hết thúc mà có câu lệnh chưa được viết xong.
• Redis có thể tự động viết lại AOF trong nền nếu có kích thước quá lớn.
• AOF chứa một log ghi lại mọi thao tác, cho phép export dễ dàng.

Nhược điểm

• File AOF thường có kích thước lớn hơn file RDB.
• AOF có thể chậm hơn RDB, tuỳ vào từng chính sách fsync. Ngoài ra, RDB cũng có độ trễ ổn định hơn so với AOF.

Nói chung, ta nên sử dụng cả hai phương pháp nếu có nhu cầu cao về mức độ bảo mật và an toàn của dữ liệu. Nếu có thể chấp nhận một vài phút mất dữ liệu thì người dùng có thể lựa chọn RDB. Đối với AOF thì Việt Nét khuyên không nên sử dụng một mình.

Những câu hỏi thường gặp về Redis là gì?

Lời kết

Qua bài viết tìm hiểu Redis là gì hay Redis Cache là gì, ta có thể thấy đây là một giải pháp tuyệt vời nếu cần đến một kho lưu trữ dữ liệu có khả năng mở rộng cao, tốc độ tốt và hiệu năng tuyệt vời. Bên cạnh đó, đây còn là nền tảng mã nguồn mở và được tin dùng bởi nhiều công ty lớn về công nghệ trên khắp thế giới. Nếu còn điều gì thắc mắc hay đóng góp ý kiến, bạn hãy để lại bình luận bên dưới nhé. Đừng quên theo dõi các bài viết hữu ích khác trên blog của Việt Nét!