許多網站和應用程式通常將其資料儲存在資料庫中。從資料庫中讀取和寫入資料會大大影響應用程式的延遲。儘可能地減少延遲是很重要的，因為使用者期望快速和響應的應用程式，而快速的網站在搜尋引擎優化（SEO）方面表現更好。
寫入資料庫會增加延遲，因為資料庫通常將資料寫入磁碟而不是儲存在記憶體中。資料庫應用壓縮和加密是很常見的，在讀寫資料時增加了延遲。為了克服這些挑戰，你可以使用記憶體資料庫，從RAM而不是磁碟中快速儲存和檢索資料。
本文討論了記憶體資料庫如何工作，一些流行的選擇，以及與標準資料庫相比的一些權衡。
什麼是記憶體資料庫？
記憶體資料庫使用RAM而不是硬碟驅動器（HDD）或固態驅動器（SSD）來儲存資料，極大地減少了讀寫資料的延遲。延遲的減少是由於兩個主要原因。首先，從記憶體中訪問資料比從磁碟中訪問資料要快，其次，用於在記憶體中儲存資料的資料結構比磁碟儲存更直接。因此，在讀取和寫入資料時，CPU的開銷較低。
這種低延遲是有代價的，因為如果伺服器發生故障，儲存在記憶體中的資料就會丟失。與磁碟儲存不同，記憶體在斷電時不會保留其內容，因此需要對彈性和速度進行權衡。
對於需要快速或實時資料的應用，如排行榜或實時分析，記憶體資料庫是一個很好的選擇。它們也有助於快取你通常儲存在基於磁碟的資料庫中的資料，以減少對磁碟的讀寫次數，並儘量減少延遲。
減少延遲對網站來說特別重要。發現網站反應靈敏的使用者更有可能繼續使用它。此外，谷歌和其他搜尋引擎也將網站載入速度作為SEO的一個因素。快速的網站在搜尋結果中排名更好，增加了使用者訪問你的網站的機會。
記憶體資料庫的解釋
由於記憶體資料庫在RAM中儲存資料，它們的延遲遠遠低於HDD，HDD使用機械、移動部件來訪問正確的磁碟位置。然後，HDD必須讀取資料並通過儲存裝置和計算機之間的介面進行傳輸。此外，即使有了SSD，RAM的速度仍然可以達到30倍，因為它的記憶體晶片和CPU介面效能更強。一些基準測試表明，將MySQL與Redis–一種流行的記憶體資料庫–作為快取層使用，與使用獨立的MySQL資料庫相比，查詢延遲最多可減少25%。
僅使用MySQL以及MySQL和Redis的基準測試（圖片來源：DZone）
記憶體資料庫速度快還有一個原因。你可以優化記憶體資料庫使用的資料結構，以加快檢索速度。例如，關係型資料庫通常使用B樹做索引，允許快速搜尋，同時支援將大資料塊讀寫到磁碟。記憶體資料庫不需要將資料塊寫入磁碟，可以選擇效能更強的資料結構，進一步降低延遲。記憶體資料庫通常按原樣儲存和使用資料，不需要在資料庫層進行任何轉換或解析。這也增加了延遲的減少，因為它加快了讀和寫的時間。
由於技術上的改進，記憶體資料庫已經變得更加流行。首先，每千兆位元組（GB）的記憶體價格在過去20年裡大幅降低，這使得使用記憶體進行資料儲存變得更加實惠。記憶體資料庫解決方案和管理雲服務的改進也幫助緩解了它們的一些主要缺點。
此外，像Redis這樣的記憶體資料庫現在可以將資料從記憶體中快照到磁碟上，如果伺服器發生故障，可以恢復資料。雲服務提供地理複製，這意味著應用程式可以在出現問題時通過故障轉移保持線上。這種成本的降低和可靠性的提高使記憶體資料庫成為現代應用和網站的可行選擇。
記憶體資料庫的優勢和劣勢
記憶體資料庫的主要優點是。
- 它們提高了效能。
- 由於它們儲存資料的方式，它們的擴充套件更簡單。
- 它們通常能提高應用程式的可靠性。
記憶體資料庫通常將資料儲存為非結構化或半結構化，而不是儲存在複雜的關係模型中。非結構化的資料使資料庫的擴充套件更加直接，因為加入生活在多個節點上的資料的網路資料傳輸開銷是不必要的。
由於儲存在RAM中的資料的不穩定性，提高應用程式的可靠性似乎是違反直覺的。然而，當作為一個快取層使用時，記憶體資料庫可以在請求高峰期減少主資料庫的負擔。快取層還可以幫助降低成本，因為為了加快頻繁請求的速度，擴充套件傳統資料庫往往比記憶體資料庫更昂貴，然後使用中央資料庫進行長期儲存。
記憶體資料庫的主要缺點是。
- 如果作為唯一的資料庫使用，成本會增加
- 儲存規模有限
- 較少的安全功能
記憶體資料庫一般不使用加密等安全功能，因為所有東西都必須在記憶體中，包括加密金鑰。這些功能使得加密資料無效，因為任何能夠訪問記憶體的惡意實體在理論上也可以訪問加密金鑰。
記憶體資料庫與傳統資料庫一起使用時，可以降低成本。然而，當它們作為唯一的資料庫使用時，特別是在儲存大量資料時，由於記憶體相對於磁碟儲存的價格較高，它們往往更加昂貴。這種成本也禁止了你可以保留的資料量，因為在記憶體中儲存大型資料集變得很昂貴，而且往往需要多個伺服器。
為什麼不是所有的資料庫都是記憶體的？
阻礙記憶體資料庫普及的主要缺點是成本。儘管記憶體價格已經大幅下降，但每GB的價格仍然比HDD和SSD高得多。這種成本使得記憶體資料庫對於具有巨大資料足跡的更廣泛的應用來說過於昂貴。
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如果記憶體的價格繼續下降，那麼有一天記憶體資料庫會成為預設的資料庫，而基於磁碟的資料庫只在少數情況下使用。
記憶體資料庫的使用案例
記憶體資料庫最常見的用途之一是快取。你可以將記憶體資料庫作為一個快取層與傳統的資料庫一起使用。記憶體資料庫儲存頻繁訪問的資料，防止在基於磁碟的資料庫中進行重複和昂貴的查詢，提供更快的使用者體驗。
記憶體資料庫在電子商務網站、論壇和帶有評論區的高流量部落格中也已經很有名了。這是因為這些都是高度動態的網站。電子商務網站希望個性化使用者體驗，並顯示實時的產品可用性。部落格和論壇可以有成百上千的使用者同時發帖和評論。這意味著網站需要處理高寫入量，並能迅速將最新內容和評論反饋給使用者。記憶體資料庫在儲存使用者生成的內容和提供最新的個性化體驗方面減少了延遲。
記憶體資料庫也是遊戲排行榜的最佳人選。它們可以實時更新和檢索資料，並有效地對資料進行排序，以便隨著遊戲的進行提供排行榜的當前檢視。
你也可以將它們用於實時分析。它們使你能夠將資料流匯入資料庫，並在最新版本的資料上執行查詢，用於實時儀表盤、風險分析和機器學習模型。
記憶體資料庫的例子
在選擇記憶體資料庫時，有很多選擇。一些最受歡迎的是Redis、Memgraph和Hazelcast。Redis是使用最廣泛的，在大多數雲平臺上可作為管理服務使用。Memgraph提供流式資料的圖形計算，全部在記憶體中，而Hazelcast提供與Redis類似的功能，但有不同的快取模式。
Redis通常是網站和應用程式之間的一個快取層，通過防止昂貴的資料庫讀取來提高效能。在Kinsta的Redis外掛的幫助下，WordPress網站也可以實現這種效能提升。除了這個外掛，Kinsta還提供Kinsta APM工具來幫助解決Redis查詢的任何效能問題。
在Kinsta上執行的網站預設使用快取。然而，資料庫請求頻繁的網站仍然會從Redis中受益匪淺。資料庫延遲是拖累網站的最主要因素之一，但Redis有助於減少這種負擔，並使網站能夠快速擴充套件。
小結
資料庫延遲會顯著影響網站或應用程式的整體延遲。從硬碟讀取和寫入硬碟會增加延遲。記憶體資料庫減少了資料庫的延遲，因為它們在RAM中儲存資料。即使使用SSD，RAM仍然更快，因為它使用更快的記憶體晶片和更快的介面到CPU。此外，你可以優化記憶體資料庫使用的資料結構，以加快檢索速度。
記憶體資料庫作為網站和傳統資料庫之間的快取層使用時，可以加快網站和應用程式的速度。這是因為記憶體的訪問速度比磁碟快，這種開銷的減少導致網站載入時間加快，並有助於改善搜尋引擎優化。
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