ردیس (REDIS) چیست و چه کاربردهایی دارد؟

ردیس (redis) یک دیتابیس سریع، سبک و مقیاس‌پذیر است که در بسیاری از سیستم‌های پیشرفته برای کاربردهای مختلف از جمله کشینگ، پردازش لحظه‌ای داده‌ها و مدیریت سشن ها استفاده می‌شود.

دیتابیس ردیس (REDIS)، برای اولین بار در ایران،  توسط تیم توسعه پارس وب سرور، به سی‌پنل (cpanel) اضافه شد و امکان استفاده از ردیس در پروژه‌های مختلف از جمله وردپرس، لاراول، جنگو و نودجی اس ایجاد شده است.

در این پست به صورت خلاصه و مختصر، ردیس و کاربردهای آن در پروژه‌های مختلف  را مرور خواهیم کرد.

تاریخچه ردیس (Redis)

در سال 2009 ردیس توسط سالواتوره سانفیلیپو (Salvatore Sanfilippo) توسعه یافت. او در ابتدا این پروژه را برای بهبود عملکرد یک استارتاپ خود ایجاد کرد.
سال 2010 ردیس تحت لیسانس BSD منتشر شد و به سرعت محبوبیت پیدا کرد.

در 2015 بنیاد Cloud Native Computing Foundation (CNCF) ردیس را به عنوان یک پروژه کلیدی معرفی کرد.

سال 2021 شرکت Redis Labs (که توسعه ردیس را برعهده دارد) نام خود را به Redis تغییر داد و امروزه ردیس یکی از محبوب‌ترین پایگاه داده‌های NoSQL است که در بسیاری از شرکت‌های بزرگ مانند Twitter، GitHub، Stack Overflow، Instagram، Amazon و غیره استفاده می‌شود.

ردیس چیست و چه کاربردی دارد ؟

ردیس (Redis) مخفف Remote Dictionary Server یک پایگاه داده کلید-مقدار (Key-Value Store) مبتنی بر حافظه (In-Memory) و متن‌باز (Open-Source) است.

یکی از مهم ترین ویژگی ردیس، استفاده از رم (RAM) برای ذخیره سازی اطلاعات است که در مقایسه با ذخیره و فراخوانی اطلاعات از روی هارد سرور به مراتب سرعت بیشتری دارد.

در ردیس، داده‌ها در حافظه RAM ذخیره می‌شوند که باعث افزایش چشمگیر سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها  می‌شود.

زمان پاسخ دهی در کش ردیس تا 1 میلی ثانیه می رسد که در سیستم های کش بر پایه فایل مثل JSON/SQLite در حدود 10 تا 50 میلی ثانیه است.

ساختارهای داده‌ای متنوع  شامل رشته‌ها (Strings)، لیست‌ها (Lists)، مجموعه‌ها (Sets)، هش‌ها (Hashes)، مجموعه‌های مرتب (Sorted Sets)  در ردیس پشتیبانی می شود.

لیست کامل انواع دیتایی که پشتیبانی می شود یه شرح زیر است :

String, List, Set, Sorted Set, Hash, Bitmaps, HyperLogLogs

Redis تقریباً با تمام زبان‌های محبوب برنامه‌نویسی سازگار است و کتابخانه‌های رسمی Redis برای زبان‌های پرکاربرد مانند Python، JavaScript، Java، C#، PHP و Go موجود هستند.

قابلیت Replication و Clustering برای مدیریت حجم بالای داده‌ها باعث مقیاس‌پذیری بالا در ردیس می‌شود.

برای مشاهده مستندات مربوط به ردیس می‌توانید به صفحه مستندات ردیس  مراجعه و اطلاعات کامل‌تری در این زمینه مشاهده کنید.

تفاوت ردیس با سایر دیتابیس ها

Redis برخلاف پایگاه داده‌های رابطه‌ای (SQL)، داده‌ها را به‌صورت ساختاریافته در حافظه رم نگهداری می‌کند که این امر موجب افزایش سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها می‌شود.

علاوه بر این، قابلیت‌هایی مانند پشتیبانی از انواع داده‌ها، قابلیت پایداری (Persistence)، و Replication باعث شده تا Redis در بسیاری از سیستم‌های مقیاس‌پذیر مورد استفاده قرار گیرد.

استفاده از قابلیت کش ردیس

یکی از متداول‌ترین کاربردهای Redis، استفاده به‌عنوان یک سیستم کش (Cache) برای افزایش سرعت پاسخگویی سرورها است.

بسیاری از وب‌سایت‌ها و APIها برای کاهش بار روی دیتابیس از Redis برای ذخیره داده‌های پرکاربرد استفاده می‌کنند.

ردیس برای ذخیره نتیجه کوئری های دیتابیس در Redis و ارائه سریع پاسخ به کاربران مورد استفاده قرار می گیرد.

مکانیزم کش Redis به این صورت است که داده‌ها را مستقیماً در حافظه (RAM) ذخیره می‌کند تا سرعت خواندن و نوشتن را به حداکثر برساند.

از سیاست‌های حذف داده مانند LRU، LFU و TTL برای مدیریت فضای حافظه و جلوگیری از پر شدن آن استفاده می‌کند.

قابلیت Replication و Clustering امکان مقیاس‌پذیری و افزونگی را فراهم می‌کند تا داده‌های کش شده همیشه در دسترس باشند.

همچنین، از روش‌های Write-Through و Write-Behind برای هماهنگ‌سازی داده‌های کش با پایگاه داده اصلی بهره می‌برد.

استفاده از ردیس برای مدیریت سشن ها

اپ‌های مختلف، از سشن‌ها برای احراز هویت کاربر (user identity) ، لاگین و وضعیت لاگین کاربر (login credentials)، اطلاعات شخصی و سفارشی کاربر (personalization information) ، آخرین عملیات و اکشن‌ها (recent actions) ، آیتم‌های سبد خرید (shopping cart items) و سایر سشن‌ها استفاده می‌کنند.

این سشن‌ها به طور معمول و سنتی، بر روی هارد سرور ذخیره و فراخوانی می‌شوند. در مقیاس های بزرگ و یا در سایت‌هایی با پیک‌های بازدید بالا، نوشتن و خواندن سنتی سشن‌ها ممکن است با تاخیر‌هایی همراه باشد که علاوه بر اینکه باعث تجربه کاربری ناخوشایند می شود، ممکن است عملکرد اپ را مختل کند.

ردیس با استفاده از رم سرور به عنوان جایگزینی برای هارد، سرعت نوشتن و خواندن سشن‌ها را با سرعت بسیار بالایی  فراهم می‌کند.

افزایش سرعت خواندن و نوشتن سشن ها با ردیس

Redis برای مدیریت سشن‌ها (Sessions) با ذخیره اطلاعات کاربران در حافظه موقت (In-Memory Storage)  به‌کار می‌رود که این کار باعث افزایش سرعت دسترسی به داده‌های سشن‌ها می‌شود.

هر Session ID به‌عنوان کلید (Key) ذخیره شده و اطلاعات کاربر به‌عنوان مقدار (Value) در قالب String یا Hash ذخیره می‌شود.

می‌توان برای هر نشست یک TTL (زمان انقضا) تعیین کرد تا پس از مدت مشخصی، سشن‌های غیرفعال به‌طور خودکار حذف شوند.

Redis از Replication برای افزایش افزونگی و Clustering برای توزیع بار استفاده می‌کند تا مدیریت سشن‌ها در سیستم‌های با تعداد کاربران زیاد بهینه‌تر شود. این روش باعث می‌شود که حتی در صورت راه‌اندازی چندین سرور، سشن‌های کاربران به‌طور پایدار و بدون قطعی مدیریت شوند.

استفاده از ردیس برای مدیریت صف ها

Redis برای مدیریت صف‌ها (Queues) با استفاده از لیست‌ها (Lists) عمل می‌کند که در آن می‌توان داده‌ها را به‌صورت FIFO (اول وارد، اول خارج) مدیریت کرد.

مدیریت صف به صورت FIFO (First In, First Out) بدین معناست که اولین عنصری که وارد صف می‌شود، اولین عنصر خروجی خواهد بود. در این روش، عملیات‌ها به ترتیب ورود به صف پردازش می‌شوند و هیچ اولویت خاصی برای خروج داده‌ها وجود ندارد.

عملیات‌ها در Redis به صورت اتمیک (بدون وقفه) انجام می‌شوند که به جلوگیری از مشکلات هم‌زمانی کمک می‌کند.

با استفاده از دستورات LPUSH و RPUSH داده‌ها به ابتدای یا انتهای لیست اضافه می‌شوند و از طریق LPOP و RPOP داده‌ها از صف خارج می‌شوند.

قابلیت بلوک کردن عملیات (Blocking Operations) مانند BLPOP و BRPOP باعث می‌شود که مصرف‌کنندگان (Consumers) بتوانند منتظر داده‌های جدید بمانند، بدون اینکه منابع سرور بی‌جهت مصرف شوند.

Redis از Pub/Sub نیز پشتیبانی می‌کند که امکان ایجاد سیستم‌های پیام‌رسانی و پردازش‌های غیرهمزمان را فراهم می‌کند. همچنین، از طریق Replication و Clustering، می‌توان صف‌ها را در محیط‌های مقیاس‌پذیر و با تحمل خطا اجرا کرد.

 استفاده از ردیس در پرورژه‌های مختلف

ردیس برای استفاده در زبان ها و پلت فرم های مختلف برنامه نویسی، کتابخانه‌های مخصوص خود را آماده کرده است و امکان استفاده از کش ردیس در پروژه‌های جنگو، نودجی اس، لاراول ، php و وب سایت های وردپرسی وجود دارد.

در پست های دیگری که در پارس وب سرور منتشر شده است، در مورد نحوه استفاده و اضافه کردن کش ردیس در پروژه‌ها به صورت مجزا و کامل توصیح داده شده است.

پیچیدگی های استفاده از ردیس  redis

Redis یک کش فوق‌العاده سریع و کارآمد است، اما پیچیدگی هایی هم دارد که در برخی شرایط ممکن است مشکل‌ساز شود. در ادامه  این پست، برخی از پیچیدگی های Redis را با هم بررسی می‌کنیم:

1. مصرف بالای حافظه (RAM)
Redis تمام داده‌ها را در حافظه RAM نگداری می کند که نسبت به ذخیره‌سازی روی هارددیسک گران‌تر است.
اگر حجم اطلاعات زیاد باشد، ممکن است نیاز به سرورهایی با RAM بالا داشته باشد که هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد.

2. از دست رفتن داده‌ها در زمان قطعی (Volatility)
Redis به طور پیش‌فرض داده‌ها را در RAM نگهداری می کند و اگر سرور Redis کرش کند یا ری‌استارت شود، داده‌ها ممکن است از بین بروند.
البته می‌توان با پیکربندی AOF (Append-Only File) یا Snapshots (RDB) از این مشکل جلوگیری کرد، اما این کار ممکن است عملکرد را کمی کاهش دهد.

3. عدم پشتیبانی از کوئری‌های پیچیده
برخلاف پایگاه‌های داده مانند MySQL یا PostgreSQL، در Redis نمی‌توان از JOIN، WHERE، GROUP BY و سایر دستورات SQL استفاده کرد.
اگر نیاز به پردازش‌های پیچیده بر روی اطلاعات وجود داشته باشد، Redis مناسب نیست.

4. مقیاس‌پذیری افقی دشوار
در حالت عادی، Redis روی یک نود (Single Node) اجرا می‌شود، بنابراین افزایش ظرفیت (Scaling) آن نسبت به دیتابیس‌های توزیع‌شده سخت‌تر است.
البته Redis Cluster وجود دارد، اما راه‌اندازی و مدیریت آن پیچیده‌تر از راهکارهای مشابه مانند Cassandra یا MongoDB است.

5. عدم پشتیبانی از تراکنش‌های کامل (ACID)
Redis تراکنش‌های واقعی مانند پایگاه‌های داده‌ی رابطه‌ای (مثل MySQL) را پشتیبانی نمی‌کند.
دستورات `MULTI/EXEC` می‌توانند تراکنش‌های ساده‌ای را فراهم کنند، اما اگر یک عملیات در وسط کار شکست بخورد، امکان Rollback خودکار وجود ندارد.

6. امنیت در محیط‌های عمومی
Redis به صورت پیش‌فرض فاقد احراز هویت قوی است و اگر روی یک سرور عمومی بدون فایروال اجرا شود، ممکن است مورد حمله قرار بگیرد.
البته می‌توان با فعال‌سازی احراز هویت و استفاده از SSL/TLS این مشکل را حل کرد.

7. هزینه بالای اجرای Redis در مقیاس بزرگ
اگر تعداد کاربران و میزان داده‌ها زیاد باشد، نیاز به سرورهای با حافظه بالا خواهید داشت که ممکن است هزینه‌ی بالایی داشته باشد.
استفاده از سرویس‌های ابری Redis (مانند AWS ElastiCache یا Azure Redis Cache) می‌تواند راحت‌تر باشد، اما هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد.