Выбираете между Tarantool и Redis или между Tarantool и Memcached? Давайте рассмотрим основные различия, чтобы вам легче было определиться.

Tarantool и Redis

Что касается in-memory баз данных, то у Redis по сравнению с Memcached улучшились возможности хранения кешированных данных, использования не только строковых, но и других типов данных, а также выполнения сложных операций с данными [1]. В Tarantool операции над группами данных вышли на ещё более высокий уровень сложности, причём с точки зрения надежности хранения (persistence) и индексирования Tarantool превосходит Redis, не говоря уж о скорости работы и поддержке пользователей [2]. Учитывая развитость средств хранения, а также возможность работы с транзакциями и большими объёмами данных, Tarantool можно эффективно использовать в качестве основной базы данных приложения — честно говоря, такой подвиг Redis не всегда по плечу [3].

Главный недостаток Redis — невозможность обрабатывать объёмы данных больше, чем объём оперативной памяти сервера. В Tarantool же можно выбирать движки хранения:

• Memtx, работающий как традиционная in-memory БД,
• или Vinyl/Disk, позволяющий использовать диски в сочетании с оперативной памятью.

Vinyl позволяет работать с данными, чей объём в 10—100 раз больше доступного объёма оперативной памяти [4]. Это достигнуто за счёт использования LSM-дерева (log-structured merge tree) вместо более распространённого B-дерева, что в итоге привело к устранению случайных операций записи — самого узкого места дисковых движков [5].

Redis и Tarantool поддерживают скрипты на Lua, т. е. позволяют применять к данным сложные функции. Кроме того, обе БД могут быть дополнены определёнными пакетами из экосистемы LuaRocks. Но прямо из коробки Tarantool использует более быстрый LuaJIT, в отличие от ванильной Lua-реализации в Redis. Также Tarantool оснащён полноценным, неблокирующим Lua-сервером приложений, у которого есть доступ к сети и внешним сервисам. При этом в Redis реализация Lua помещена в «песочницу», а скрипты блокируются [6]. То есть ожидание завершения Lua-процессов в Redis может снизить производительность, а в Tarantool такой проблемы нет: пока один вызов заблокирован на внешнем ресурсе, другой активный вызов, параллельно выполняющийся, продолжает работать.

Конечно, сравнение Tarantool с Redis было бы неполным без хотя бы краткого упоминания об их относительной пропускной способности и уровнях задержки. Тестирование на одной ноде с помощью бенчмарка Yahoo! Cloud Server Benchmark (YCSB) с прогоном шести основных типов нагрузки — update heavy, read mostly, read only, read latest, short ranges и read-modify-write — показало, что применительно к индексам Hash и Tree Tarantool опережает Redis при всех типах нагрузок. Также в большинстве случаев у Tarantool меньше latency. Это относится к нагрузкам с упреждающей записью в журнал и без неё.

Преимущество Tarantool объясняется работой в тандеме системы управления базами данных (DBMS) и полноценного сервера приложений [7]. У этого сервера, который может применяться и отдельно, целый набор дополнительных инструментов, а в Redis их нет. Одна из интересных фич сервера приложений Tarantool — возможность взаимодействовать с другими, более медленными базами данных с целью кеширования информации, хранящейся в них, и тем самым ускорять их работу: это относится к Oracle, IBM DB2, MySQL, MS SQL Server и PostgreSQL.

Tarantool оркестрирует и виртуализирует данные, ускоряя доступ к ним. Использование Tarantool в архитектуре почти любых энтерпрайз-приложений и сервисов позволяет уменьшить кодовые базы интеграции и масштабирования, а также снижает требования к серверам и оборудованию. К примеру, один сервер Tarantool может заменить десятки серверов, на которых крутится традиционная DBMS, поэтому вы сможете быстрее масштабировать свои микросервисы и приложения [8].

Tarantool и Memcached

Memcached (2003) и Tarantool (2009) относятся к двум разным поколениям in-memory баз данных на основе кеширования. Так что в некотором смысле сравнивать их не слишком честно, поскольку более свежие технологии обычно превосходят более ранние. Но если технология появилась позже, это ещё не значит, что она лучше годится для какой-то задачи. Иногда менее продвинутые инструменты предпочтительнее для определённых нужд. Будем исходить из предположения, что вы выбираете между Memcached и Tarantool для своего нового приложения или, возможно, раздумываете, продолжать ли поддерживать легаси-установку Memcached.

Кеширование против «умного» кеширования

Подход Memcached прост и хорош. Использующие его приложения проверяют, есть ли запрошенные данные в Memcached, прежде чем вызывать сопряжённую с ним более медленную базу. Однако Memcached и сопряжённая БД могут оказаться рассинхронизированы из-за сбоя обновления одного из них, поскольку оба они не реплицируются, а приложение взаимодействует с ними по отдельности. В Tarantool эта проблема решается с помощью «умного» кеширования: обновление завершится только после успешного обновления сопряжённой БД. То есть вместо взаимодействия с двумя уровнями приложение взаимодействует только с Tarantool, который отвечает за обновление сопряжённой БД. Кроме того, в любой момент к обработке данных можно подключить Lua-сервер приложений, работающий одновременно с сервером базы данных.

Чтение и запись

Основное различие между двумя способами кеширования заключается в их возможностях по обработке операций чтения и записи в сопряжённых базах данных. Memcached предназначен для уменьшения нагрузки на чтение, но не на запись. В Tarantool тоже реализована хорошая обработка операций чтения. Его высокая эффективность использования CPU может помочь уменьшить объём дорогостоящих реплик для медленных СУБД. При этом у Tarantool развитые возможности обработки операций записи. Он записывает на диск синхронно и поэтому может заменять собой дисковые СУБД. Кроме того, операции записи в Tarantool полностью соответствуют принципам ACID.

Холодный запуск

При запуске Memcached в нём нет данных, так что все операции выбора (select) должны передаваться напрямую в сопряжённую базу данных. В Tarantool это решается с помощью восстановления данных из сохранённых файлов.

Простота использования

Memcached прост в установке и позволяет быстро выполнять запросы GET и SET, чего в каких-то ситуациях вполне достаточно. Tarantool тоже легко устанавливается, но из-за более развитой функциональности имеет более обширный синтаксис. Однако если вы его освоите, то сможете применять Tarantool в самых разных сферах — от микросервисов до вышеупомянутой высоконагруженной транзакционной обработки данных, соответствующей ACID.

Независимость

Memcached был создан для поддержки других баз данных. Tarantool тоже работает в связке с другими базами, но может функционировать полностью независимо, что нехарактерно для кешевых решений. Это достигается с помощью надёжного хранения данных, полноценного сервера приложений, ACID-транзакций, возможности работать с данными, чей объём больше оперативной памяти. По сути, Tarantool не просто может работать независимо от реляционной СУБД, он способен вообще обходиться без дополнительного бэкенда в виде реляционной СУБД. Вы можете запрограммировать на Lua полноценную программу точно так же, как с помощью традиционных хранимых процедур.

Масштабирование

Memcached и Tarantool можно легко масштабировать, добавляя новые машины, хотя вам придётся самому позаботиться о том, каким образом распределять данные по узлам. Дополнительно в Tarantool имеется встроенный механизм шардинга, позволяющий масштабировать кластер автоматически. Более подробно об этом механизме можно почитать тут.

???

Как видите, при выборе между Memcached и Tarantool придётся учесть много моментов, от проблем синхронизации до масштабирования. Если у вас есть какие-то вопросы о Tarantool, пишите в комментариях.

Ссылки

1. http://www.infoworld.com/article/3063161/application-development/why-redis-beats-memcached-for-caching.html
2. https://hackernoon.com/tarantool-vs-redis-38a4041cc4bc
3. https://news.ycombinator.com/item?id=3010345
4. https://medium.com/@denisanikin/tarantool-vinyl-200k-transactions-per-second-on-a-disk-based-database-c5f3cbba6543
5. https://medium.com/@denisanikin/when-and-why-i-use-an-in-memory-database-or-a-traditional-database-management-system-5737f6d406b5
6. https://hackernoon.com/tarantool-vs-redis-38a4041cc4bc
7. https://medium.com/tarantool-database/dbms-as-an-application-server-779402dbf485
8. https://medium.com/@denisanikin/how-to-save-one-million-dollars-on-databases-with-tarantool-5eb1596ec628
9. https://github.com/tarantool/vshard