# Redis

`Remote Dictionary Server`

### 개념

* 키-값 구조를 가진 비관계형(NoSQL) 데이터베이스로, 메모리 기반의 데이터 처리를 지원
  * In-Memory기반으로 메인메모리(DRAM)에서 데이터를 저장하고 처리해 빠른 속도 제공
  * 주로 서버환경에서 동작하며, 클라이언트-서버 아키텍처를 따름
    * 클라이언트는 Redis 서버에 접속해 데이터를 읽고 쓰며 Redis는 프로세스로써 동작

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### 특징

* **Key-value 구조**
  * 비관계형 구조로 데이터를 `키-값`형태로 단순하게 저장하는 구조
  * 관계형 데이터베이스와 같이 쿼리 연산을 지원하지 않으나, 데이터의 **고속 읽기와 쓰기**에 최적화
  * NoSQL DBMS로 분류 됨
* **In-Memory 솔루션**
  * 다양한 데이터 구조체를 지원함
    * DB, Cache, Message Queue, Shared Memory용도로 사용될 수 있음
    * 메모리에 상주하며 서비스의 상황에 따라 DB 혹은 Cache로 사용될 수 있음
  * 일반DB와 같이 디스크(ssd)에 데이터를 쓰는 구조가 아닌 메모리(dram)에서 데이터를 처리함
    * 작업 속도가 상당히 빠름
  * 메모리 기반으로 데이터 저장 속도가 매우 빠름
    * 리스트형 데이터 입력과 삭제가 MySQL에 비해 10배 정도 빠름
    * 외부 저장 장치를 사용했다면 메모리와 외부 저장 장치와 병목현상 발생
* **Remote Data Storage**
  * 여러 서버에서 같은 데이터를 공유하고 보고 싶을 때 사용가능
* **영속성 보장**
  * 기본적으로 메모리 기반의 데이터베이스로 휘발성이란 특징이 있으나 영속성 옵션을 제공해 데이터의 지속성 보장
  * RDB(Redis DataBase) 스냅샷
    * 주기적으로 데이터를 디스크에 스냅샷 형태로 저장
    * `*.rdb` 형식으로 저장하며 해당 시점으로 복구 가능
    * 백업이나 서버 재시작 시의 데이터 손실을 방지하기 위해 사용
  * AOF(Append-Only File) 로그 파일
    * 모든 쓰기 연산을 AOF 파일에 기록하는 방식 사용 가능
    * 주로 RDB 스냅샷보다 더 정확한 복구를 위해 사용
* **싱글 쓰레드**
  * 싱글 스레드로 1번에 1개의 명령어만 실행
  * 멀티 스레드 사용시 발생하는 비용 줄일 수 있어 빠른 응답 가능
    * `Context Switching` 과 `메모리 사용`을 줄일 수 있음
    * 원자성 보장
* **PUB/SUB를 가짐**
  * Publish / Subscribe 란 특정한 주제(topic)에 대해, 해당 topic을 구독한 모두에게 메시지를 발행하는 통신 방법
  * 실시간 채팅, 실시간 스트리밍, 실시간 알림, SNS 피드 등에 사용 가능
* 읽기 성능 증대를 위해 서버 측 복제를 지원
* 쓰기 성능 증대를 위해 클라이언트 측 샤딩을 지원
* 다양한 프로그래밍 언어 프레임워크 API 및 **다양한 자료구조 지원**

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## Redis 주의할 점

* O(N) 시간복잡도 명령어 사용 금지
  * Redis는 Single Thread 서버이기 때문에 시간 복잡도를 고려해야 함
  * 동시에 1개의 명령어만 처리할 수 있기에, 해당 명령어가 오래걸릴 경우 나머지 명령어 대기상태로 전환됨
  * 데이터 속도가 많을 경우 큰 속도 저하 야기
  * O(N)의 시간복잡도를 갖는 대표적 명령어
    * keys, flushAll, flushDB, delete collections, get all collections
    * keys대신 scan명령어로 대체
* DEL명령어 대신 UNLINK 명령어 사용 권장
  * DEL 명령으로 삭제 시, 키에 많은 데이터가 있을 경우 해당 키를 지우는 동안 아무런 동작을 할 수 없음
  * UNLINK 명령 사용 시, 백그라운드로 삭제되기 때문에 권장 됨
* 캐시 만료시간 설정
  * 인메모리 DB는 크기가 한정되어 있기 때문에 key에 대한 Expire Time 설정 권장

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## Redis 사용 이유

* Collection 제공
  *   Sorted Set

      ![](https://blog.kakaocdn.net/dn/eCdBbM/btrFUUet1im/rflmRkbVwQfqDQK6dep8Pk/img.png)

      * 메모리에서 바로 가져와 사용하기에 디스크에 직접 접근하지 않아도됨
      * 정렬된 상태의 자료구조를 지원하기 때문에 빠르게 메모리에서 데이터를 가져와서 사용자에게 보여줄 수 있음
  * Key-Value
    * 간단한 key-value 형태로 redis에서 데이터 가져옴
* Atomic한 자료구조
  * Atomic한 자료 구조를 가지고 싱글 스레드로 동작해 race condtion 방지
  * 하지만 중복 요청 처리 등의 상황시 race condition 발생가능

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## 고가용성 보장을 위한 Redis 아키텍처

### ✔️ Replication

* Master-slave 구조 기반
  * 하나의 Master서버와 하나이상의 Slave서버로 구성
    * Master 서버: 쓰기 작업 처리
    * Slave 서버: Master 서버의 데이터를 복제해 읽기 작업 처리
* 읽기 확장성 향상
  * Slave서버는 Master서버의 데이터를 복제해 읽기 작업 분산
* 데이터 가용성 향상
  * Master서버에 문제가 발생해도 Slave서버에서 데이터 사용 가능

> 마스터-슬레이브 구조로 읽기 성능을 향상시키고 데이터 가용성을 높임

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### ✔️ Sentinel

> 고가용성을 보장하기 위한 모니터링 및 자동 장애 조치(failover) 시스템

* 모니터링
  * Redis 서버를 지속적으로 모니터링해 Master 서버나 Slave 서버의 상태 체크
* 자동 장애 조치
  * Master 서버에 장애 발생 시 자동으로 새로운 Master 서버 선출
  * 클라이언트가 새로운 Master 서버를 사용하도록 리디렉션
* 알림
  * 시스템 관리자에게 알림을 보내 장애 상황 통보

> Redis 서버를 모니터링하고, 장애 시 자동으로 장애 조치를 수행하여 고가용성을 보장

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### ✔️ Cluster

> 데이터를 여러 노드에 분산 저장하고 처리하는 분산 데이터베이스 아키텍처

* 데이터 분산
  * 데이터는 여러 노드에 분산 저장되며, 각 노드는 데이터의 일부 관리
  * 키는 해싱 알고리즘을 통해 분산 됨
* 수평 확장성
  * 노드 추가로 클러스터의 용량과 성능을 확장 가능
* 고가용성
  * 자동으로 데이터 복제를 관리하여 특정 노드에 장애가 발생해도 데이터의 가용성 유지
* 자동 리밸런싱
  * 노드 추가 또는 제거 시 슬롯과 데이터를 자동으로 재분배하여 균형을 맞춤

> 데이터를 여러 노드에 분산 저장하고 처리하여 수평 확장성과 고가용성을 제공

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## Redis 활용 사례

* I/O가 빈번히 발생하는 데이터
* 세션 캐싱 및 인증 토큰등 저장
* 전체 페이지 캐시
* 메시지 대기열 어플리케이션
* 랭킹 보드
* 좋아요 같은 빠른 데이터 처리를 요하는 시스템

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> Redis는 RDBMS의 캐시 솔루션으로 사용 용도가 굉장히 높다

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## 캐시(Cache)

**개념**

* 데이터나 값을 미리 복사해놓는 임시 저장소
* 한번 조회된 데이터를 미리 특정 공간에 저장해놓고, 똑같은 요청 발생 시 저장해놓은 데이터를 제공해 빠른 서비스를 제공하는 것

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**DB와 캐시**

* DB는 데이터를 물리 디스크에 직접 씀
  * 서버에 문제가 발생해도 데이터가 손실되지 않음
  * 매 트랜잭션마다 디스크에 접근해야하므로 부하가 많아지면 성능이 떨어짐
* DB Scale In, Scale Out 방식 이외에도 `캐시 서버`의 사용 검토
* Redis Cache
  * 메모리 단(In-Memory) 위치
  * 용량은 적지만 빠른 접근 속도
  * 저장하려는 데이터 셋이 주어진 메모리 크기보다 클땐 디스크 사용이 유리

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**캐시 전략**

캐시전략은 웹 서비스 환경에서 성능향상을 기대할 수 있는 중요한 기술.\
캐시 이용시 `데이터 정합성` 문제가 발생하므로, 적절한 `캐시 일기 전략`과 `캐시 쓰기 전략`을 통해 데이터 불일치 문제를 극복하며 빠른 성능을 유지한다.

[캐싱 전략 패턴 종류](https://inpa.tistory.com/entry/REDIS-%F0%9F%93%9A-%EC%BA%90%EC%8B%9CCache-%EC%84%A4%EA%B3%84-%EC%A0%84%EB%9E%B5-%EC%A7%80%EC%B9%A8-%EC%B4%9D%EC%A0%95%EB%A6%AC)

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## Redis와 Memcached

**공통점**

* In Memory 저장소
* Key-value 저장 방식
* 1ms 이하의 응답 대기 시간
* 데이터 파티셔닝
  * 데이터를 여러 노드에 분산시켜 저장
  * 데이터 효과적 처리를 위한 스케일아웃 가능
* 다양한 프로그래밍 언어 지원

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> **In-Memmory 데이터베이스** 데이터 저장을 메모리에 의존하는 특수 데이터베이스로, 디스크에 대한 접근을 없애 최소한의 응답시간을 가지도록 설계

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**Memcached 특징**

* 정적 데이터 캐싱에 효과적
  * metadata에 더 적은 작원을 소모하기 때문에 내부 메모리 관리는 단순한 경우 매우 뛰어남
  * Redis 만큼 정교하지 않으나 String(유일한 지원 데이터 타입)은 추가 처리가 필요없어 읽기 전용에 적합
* 직렬화 데이터 저장
  * Redis
    * 데이터의 모든 형태를 그대로 저장 가능
  * Memcached
    * 직렬화된 형태로 데이터 저장하도록 제한
    * 직렬화 오버헤드를 보다 줄일 수 있음
* 멀티 쓰레드 기능 지원
  * Redis
    * **단일 쓰레드**로 데이터 손실없이 수평으로 스케일링
  * Memcached
    * **멀리 쓰레드**로 Redis에 비해 스케일링 유리
    * 컴퓨팅 자원 추가로 스케일 업 가능
    * 캐시된 데이터 유실 확률도 높음

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### Memcached가 아닌 Redis 사용 이유

* 다양한 자료 구조 및 용량 지원
  * Memcached
    * key 이름 250 byte까지 제한
    * 단순히 string만 지원
  * Redis
    * keys, value 이름 512mb까지 지원
    * hash, set, list, string 등 다양한 데이터 구조 지원
* 다양한 삭제 정책 지원 (캐시 데이터 공간 확보 방법)
  * Memcached
    * LRU 방식 사용
    * 새로운 데이터와 크기가 비슷한 데이터 임의 제거
  * Redis
    * 6가지의 다른 데이터 삭제 정책 제공
    * 메모리 관리와 데이터 삭제 선택에 더 정교한 접근법 제공
    * lazy, active 삭제 지원
* 디스크 영속화 지원
  * Memcached와 달리 디스크 영구 저장 가능
  * DB의 데이터들은 서버 충돌이나 재부팅 시에도 복구 가능
* 복제 지원
  * 복제를 통해 데이터의 복제본이 또다른 인스턴스에 유지
  * Memcached는 Third Party를 사용하지 않고서는 복제본을 가질 수 없음
* 트랜젝션 지원
  * Memcached
    * 원자적으로 동작하나 트랜잭션을 지원하지 않음
  * Redis
    * 명령 실행을 위한 트랜잭션을 지원

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### Ref

[레디스 소개 & 사용처 (캐시 / 세션) - 한눈에 쏙 정리](https://inpa.tistory.com/entry/REDIS-%F0%9F%93%9A-%EA%B0%9C%EB%85%90-%EC%86%8C%EA%B0%9C-%EC%82%AC%EC%9A%A9%EC%B2%98-%EC%BA%90%EC%8B%9C-%EC%84%B8%EC%85%98-%ED%95%9C%EB%88%88%EC%97%90-%EC%8F%99-%EC%A0%95%EB%A6%AC?category=918728)\
[우아한 Redis 정리(1)](https://codediary21.tistory.com/103) [In-memory Redis vs Memcached 비교하기](https://escapefromcoding.tistory.com/704)\
[\[Redis\] 레디스란? 특징, 활용예시, 비교 정리](https://hstory0208.tistory.com/entry/Redis-%EB%A0%88%EB%94%94%EC%8A%A4%EB%9E%80-%ED%8A%B9%EC%A7%95-%ED%99%9C%EC%9A%A9%EC%98%88%EC%8B%9C-%EB%B9%84%EA%B5%90-%EC%A0%95%EB%A6%AC)
