با رشد سریع داده‌ها و نیاز به دسترسی فوری و بهینه به اطلاعات، سیستم‌های مدیریت پایگاه داده با چالش‌های فراوانی روبه‌رو شده‌اند. بسیاری از فناوری‌ها در تلاش برای پاسخگویی به این نیازها به وجود آمده‌اند. یکی از این فناوری‌ها Redis است که به عنوان یکی از پایگاه داده‌های NoSQL در جامعه توسعه‌دهندگان شهرت یافته است. در این مقاله، با Redis به صورت جامع آشنا می‌شویم، تاریخچه آن را بررسی می‌کنیم، به ویژگی‌ها، کاربردها، مزایا و معایب آن می‌پردازیم و در نهایت، آن را با دیگر پایگاه‌های داده مقایسه خواهیم کرد.

Redis چیست؟

Redis یک پایگاه داده NoSQL متن‌باز و سریع است که داده‌ها را به‌صورت key-value در حافظه اصلی سیستم ذخیره می‌کند و به عنوان یک پایگاه داده، حافظه پنهان (Cache) و واسطه پیام (Message Broker) عمل می‌کند و از انواع ساختارهای داده مانند رشته‌ها، فهرست‌ها، مجموعه‌ها و هش‌ها پشتیبانی می‌کند. ذخیره‌سازی داده‌ها در حافظه اصلی به Redis سرعتی بی‌نظیر می‌بخشد و با پشتیبانی از روش‌های ماندگاری روی دیسک، دسترسی مطمئن و پایداری به اطلاعات را فراهم می‌کند.

تاریخچه Redis

ایده اولیه Redis توسط سالواتوره سانفیلیپو (Salvatore Sanfilippo) در سال 2009 مطرح شد. وی که برنامه‌نویس و کارآفرینی ایتالیایی بود، در ابتدا Redis را برای پاسخ به نیازهای پروژه شخصی خود توسعه داد. خیلی زود این فناوری به یک پروژه متن‌باز (Open Source) تبدیل شد و توسط توسعه‌دهندگان سراسر دنیا پذیرفته شد. با گذشت زمان و رشد محبوبیت این ابزار، شرکت Redis Labs تأسیس شد تا خدمات و پشتیبانی تجاری مرتبط با این پایگاه داده ارائه دهد.

Key-Value چیست؟

Key-Value نوعی سرور یا محل ذخیره‌سازی است که در آن اطلاعات به صورت جفت‌های کلید (Key) و مقدار (Value) ذخیره می‌شوند. مثلاً اگر بگوییم Name = 7learn، کلید می‌شود Name و مقدار آن می‌شود 7learn.

در Redis هم اطلاعات به همین شکل ذخیره می‌شوند و می‌شود گفت که Redis یک پایگاه داده از نوع Key-Value است که اطلاعات را در RAM نگهداری می‌کند؛ پس سرعت دسترسی به اطلاعات قاعدتاً چند برابر خواهد شد.

کاربردهای Redis

این ابزار به دلیل ساختار درون حافظه و پشتیبانی از انواع مختلف داده، در طیف وسیعی از برنامه‌ها و حوزه‌ها کاربرد دارد. در این بخش به شرح برخی از کاربردهای رایج و مهم این پایگاه داده می‌پردازیم.

• ذخیره‌سازی نشست (Session Storage): در برنامه‌های وب و موبایل، داده‌های مربوط به فعالیت‌های متوالی و ترجیحات کاربر در طول یک دوره فعالیت (نشست) باید به طور موقت و با سرعت بالا ذخیره شوند. این اطلاعات شامل جزئیاتی مانند وضعیت ورود به سیستم، ترجیحات کاربر، و اطلاعات سبد خرید هستند که نیاز است بلافاصله در دسترس باشند تا کاربر بتواند بدون وقفه و با سرعت بالا به فعالیت‌های خود ادامه دهد. استفاده از Redis در این زمینه مؤثر است چرا که با قابلیت‌های برجسته خود در ذخیره‌سازی داده‌ها در حافظه، می‌تواند دسترسی سریع و کارآمد به این اطلاعات را تضمین کند.
• سیستم‌های پیام‌رسانی: قابلیت Pub/Sub در این ابزار به برنامه‌ها اجازه می‌دهد که به سرعت پیام‌ها را در یک شبکه توزیع کنند. این ویژگی به‌ویژه در سیستم‌های پیام‌رسانی فوری، اتوماسیون صنعتی، و نظارت بر دستگاه‌های IoT مفید است.
• حافظه پنهان (Cache): Redis به عنوان حافظه پنهان یا Caching به کار می‌رود تا داده‌های پرکاربرد را به سرعت در اختیار برنامه‌ها قرار دهد. این عمل نه تنها دسترسی سریع‌تری به داده‌ها را ممکن می‌سازد، بلکه فشار بر روی پایگاه داده اصلی را نیز کاهش می‌دهد.
• صف‌بندی کارها (Job Queues): در بسیاری از برنامه‌ها، مدیریت صف کارها امری ضروری است. با استفاده از ساختارهای داده مانند فهرست‌ها و مجموعه‌های مرتب شده، می‌توان در Redis صف‌های کارا و بهینه‌ای ایجاد کرد که عملیات‌های پیچیده را به طور هم‌زمان و هماهنگ مدیریت می‌کنند.
• شمارنده‌ها: این ساختار داده‌ای دستورات اتمی‌ای مانند HINCRBY و INCR دارد که برای افزایش شمارنده‌ها به صورت خودکار و بدون نیاز به عملیات‌ پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این ترتیب، شمارش دقیق عملیات‌ها و پردازش آماری در برنامه‌ها ساده‌تر خواهد بود.
• گزارش‌دهی و آنالیز: سرعت بالا و پشتیبانی از عملیات‌های پیچیده، این پایگاه داده را به گزینه‌ای مناسب برای پردازش داده‌های تحلیلی در زمان واقعی (Real-time) تبدیل می‌کند. برنامه‌هایی که به تحلیل داده‌های مالی، آماری یا نظارتی نیاز دارند، می‌توانند از آن به عنوان یک ابزار قدرتمند استفاده کنند.
• برنامه‌های مکان‌محور: با ارائه قابلیت‌هایی مانند مجموعه‌های جغرافیایی، شاخص‌های مکانی و عملیات‌های جغرافیایی، توسعه برنامه‌های مکان‌محور با این ابزار بسیار ساده می‌شود. داده‌های مکانی به سرعت جستجو و مرتب‌سازی شده و از طریق سیستم‌های مرتب‌سازی هوشمند و پیاده‌سازی جغرافیایی در آن قابل استفاده‌اند.
• پشتیبان‌گیری و ماندگاری: این سیستم به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که داده‌های مهم خود را در حافظه ذخیره کرده و به‌طور منظم آن‌ها را در دیسک پشتیبان‌گیری کنند. این قابلیت، لایه پایداری قابل اعتمادی را ایجاد کرده و داده‌ها را در برابر خطاها و خرابی‌ها محافظت می‌کند.
  در مجموع، انعطاف‌پذیری و توانمندی‌های Redis در مدیریت داده‌ها، این پایگاه داده را به یک ابزار چندمنظوره و ارزشمند برای کاربردهای گوناگون تبدیل کرده است.سازمان‌های مشهوری که از Redis استفاده می‌کنند

بسیاری از شرکت‌های بزرگ و محبوب از این پایگاه داده برای بهبود عملکرد و مدیریت داده‌های خود استفاده می‌کنند. در این بخش به معرفی برخی از آن‌ها می‌پردازیم.

سازمان‌های مشهوری که از Redis استفاده می‌کنند

• توییتر (Twitter): توییتر از Redis به عنوان حافظه پنهان استفاده می‌کند تا با تأخیر پایین به کاربران خدمات ارائه دهد. این شبکه اجتماعی اطلاعاتی مانند تعداد پست‌ها، دنبال‌کنندگان و دنبال‌شوندگان کاربر را در حافظه پنهان ذخیره می‌کند تا دسترسی سریع‌تر به این داده‌ها ممکن شود. همچنین، برای به‌روز نگه‌داشتن تایم‌لاین هر کاربر، Redis تمام داده‌های مربوط به پست‌ها را به صورت لحظه‌ای در حافظه ذخیره می‌کند. با این روش، توییتر توانسته از بار سنگین پردازش اطلاعات در هر بار درخواست کاربران جلوگیری کند.

• پینترست (Pinterest): پینترست، یکی دیگر از شبکه‌های اجتماعی محبوب، از این پایگاه داده برای ذخیره داده‌های کاربر مانند فهرست دنبال‌کنندگان، کاربران دنبال‌شده، فهرست تخته‌های (boards) دنبال‌شده و سایر اطلاعات مربوط به تعاملات کاربر استفاده می‌کند. این داده‌ها در حافظه پنهان ذخیره می‌شوند تا سیستم در کمترین زمان ممکن به آن‌ها دسترسی پیدا کند.
• Dream11/My11Circle: این دو برنامه محبوب هندی برای بازی‌های فانتزی، از ساختار مجموعه‌های مرتب‌شده (Sorted Sets) در Redis برای ایجاد جدول امتیازات بازی (Leaderboard) استفاده می‌کنند. با استفاده از این ساختار داده، کاربران می‌توانند به‌صورت همزمان به‌روزرسانی و خواندن داده‌های امتیازات خود را انجام دهند، زیرا Redis با ذخیره‌سازی داده‌ها به‌صورت ترتیبی، یکپارچگی در لایه حافظه پنهان را تضمین می‌کند و این برنامه‌ها توانسته‌اند مقیاس‌پذیری بالایی را برای حجم عظیمی از کاربران ارائه دهند.

• استک‌اورفلو (StackOverflow): استک‌اورفلو که پلتفرمی برای پرسش و پاسخ فنی است، از این پایگاه داده برای نمایش پاسخ‌های دارای رأی بالا در صدر نتایج استفاده می‌کند. به این ترتیب، پاسخ‌های باکیفیت و محبوب به سرعت به کاربران نشان داده می‌شوند.
• GitHub: گیت هاب یک سرویس میزبانی تحت وب برای اهداف پروژه‌های توسعه نرم‌افزار است که از سیستم کنترل Git استفاده می‌کند. این برنامه مخازن خصوصی و همچنین حساب‌های رایگان برای پروژه‌های متن باز، سرویس‌هایی را ارائه می‌دهد. در حال حاضر گیت هاب مشهورترین سایت مخزن کد برای پروژه‌های متن باز در نظر گرفته شده است. گیت هاب اوایل پروژه Redis محسوب می‌شد. این سیستم به منظور سهولت در اجرای فرایندهای پس زمینه‌ای که در یک صف قرار گرفته‌اند، کتابخانه‌ای به نام Rescue را ایجاد کرد. توسعه دهندگان گیت هاب از این واقعیت استفاده کردند که ردیس توانست بسیاری از مشکلات دشوار موجود در صف را حل کند. بنابراین توسعه دهندگان می‌توانستند بر روی وظایف دشوار زمان بندی کارگران متمرکز شوند.

این شرکت‌ها با استفاده از این پایگاه داده توانسته‌اند به بهینه‌سازی داده‌ها و ارتقای کارایی دست یابند، و این نشان‌دهنده قدرت و انعطاف‌پذیری Redis در مدیریت داده‌ها است.

مزایا و معایب Redis

همانند هر پایگاه داده دیگری، Redis نیز دارای نقاط قوت و ضعف خود است. این ویژگی‌ها بسته به نیازهای مختلف برنامه‌ها می‌تواند عامل تعیین‌کننده‌ای در انتخاب این پایگاه داده برای استفاده در پروژه‌ها باشد. در این بخش، به بررسی مزایا و معایب آن می‌پردازیم.

مزایا

• سرعت بالا: با ذخیره‌سازی داده‌ها در حافظه اصلی (RAM)، این سیستم به سرعتی بسیار بالا برای انجام عملیات‌های خواندن و نوشتن دست پیدا می‌کند. این امر به ویژه برای برنامه‌هایی که به پردازش داده‌های بلادرنگ نیاز دارند، بسیار مفید است.
• پشتیبانی از ساختارهای داده متنوع: این فناوری از ساختارهای داده مختلفی مانند فهرست‌ها، مجموعه‌ها، هش‌ها و مجموعه‌های مرتب‌شده پشتیبانی می‌کند. این تنوع باعث می‌شود که بتوان داده‌ها را به شکل‌های مختلف ذخیره و بهینه‌سازی کرد.
• مقیاس‌پذیری و توزیع‌پذیری: قابلیت Redis Cluster امکان توزیع داده‌ها در میان چندین گره را فراهم می‌کند. این ویژگی مقیاس‌پذیری بالایی برای سیستم به ارمغان می‌آورد، به‌طوری که می‌تواند حجم عظیمی از درخواست‌ها را پردازش کند.
• تکرارپذیری و تحمل خطا: تکرار (Replication) در Redis باعث می‌شود که داده‌ها به شکل نسخه‌های پشتیبان در چندین گره کپی شوند. همچنین، تحمل خطا (Failover) از طریق Redis Sentinel یا سایر ابزارهای مشابه فراهم می‌شود که به داده‌ها اجازه می‌دهد حتی در شرایط خطا نیز قابل دسترسی باشند.
• انعطاف‌پذیری بالا: پشتیبانی از ویژگی‌های پیشرفته مانند اسکریپت‌نویسی Lua، Pub/Sub و قابلیت‌های ماندگاری و پایداری داده‌ها، Redis را به یک ابزار انعطاف‌پذیر برای کاربردهای گوناگون تبدیل می‌کند.

معایب

• محدودیت حافظه: ذخیره‌سازی داده‌ها در حافظه اصلی به این پایگاه داده سرعت بالایی می‌دهد، اما این ویژگی باعث می‌شود که این سیستم با محدودیت فضای حافظه مواجه باشد. این امر در صورت حجم زیاد داده‌ها ممکن است منجر به افزایش هزینه‌های حافظه و محدود شدن عملکرد سیستم شود.
• پیچیدگی در مدیریت داده‌های بزرگ: با توجه به اینکه این ابزار به عنوان یک پایگاه داده درون حافظه عمل می‌کند، مدیریت و نگهداری مجموعه داده‌های بسیار بزرگ ممکن است چالش‌برانگیز باشد. هرچند قابلیت‌هایی مانند Redis Cluster تا حدی این مشکل را رفع می‌کنند، اما نیاز به طراحی پیچیده‌ای دارند.
• عدم پشتیبانی از تراکنش‌های کامل ACID: برخلاف پایگاه‌های داده رابطه‌ای، این پایگاه داده از همه ویژگی‌های ACID (ماندگاری، سازگاری، انزوا، و پایداری) به‌طور کامل پشتیبانی نمی‌کند. این موضوع ممکن است برای برنامه‌هایی که به این تراکنش‌ها نیاز دارند، یک محدودیت محسوب شود.
• پشتیبانی محدود از کوئری‌های پیچیده: این سیستم به دلیل ساختار key-value خود، برای برخی از کوئری‌های پیچیده که معمولاً در پایگاه‌های داده رابطه‌ای استفاده می‌شوند، مناسب نیست. این محدودیت باعث می‌شود برخی از عملیات‌های تحلیلی پیچیده به راحتی قابل پیاده‌سازی نباشند.
  با بررسی مزایا و معایب این پایگاه داده، می‌توان بهترین تصمیم را برای استفاده از Redis در پروژه‌های مختلف اتخاذ کرد. این سیستم برای بسیاری از کاربردها ارزشمند است اما نیاز به ارزیابی دقیق نسبت به نیازمندی‌های پروژه‌ها دارد.

مواردی که نباید از Redis استفاده کرد

با وجود مزایا و کاربردهای گسترده، Redis برای همه شرایط مناسب نیست و بهتر است در برخی موارد خاص استفاده نشود. در این بخش، موارد و شرایطی که ممکن است استفاده از این سیستم ایده‌آل نباشد را بررسی می‌کنیم.

• استفاده به عنوان تنها پایگاه داده: از آنجا که Redis یک پایگاه داده key-value است و همه داده‌ها باید در حافظه اصلی (RAM) ذخیره شوند، حجم داده‌های ذخیره‌شده به میزان حافظه اصلی سیستم محدود می‌شود. حافظه RAM در مقایسه با دیسک سخت، گران‌تر و از نظر حجم کوچک‌تر است؛ بنابراین، استفاده از این پایگاه داده به عنوان تنها پایگاه داده برای برنامه‌هایی که به حجم بزرگی از داده نیاز دارند، مناسب نیست. این ابزار معمولاً در کنار پایگاه‌های داده رابطه‌ای (RDBMS) برای ارائه مکانیزم حافظه پنهان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• استفاده به عنوان سرور تراکنش‌ها: از آنجا که این پایگاه داده، داده‌ها را در حافظه ذخیره می‌کند، امنیت داده‌ها و تضمین تراکنش‌ها به اندازه یک سرور تراکنشی واقعی نیست. به‌رغم وجود مکانیزم‌های ماندگاری داده‌ها، Redis قابلیت‌های جامعی مانند ثبت لاگ‌های بازگردانی، چک‌سام، بازیابی در نقطه زمانی و ... را ندارد.
• استفاده به عنوان پایگاه داده رابطه‌ای: این ابزار یک پایگاه داده ساختار داده است که برخلاف RDBMS از زبان کوئری یا پشتیبانی از جبر رابطه‌ای برخوردار نیست. بنابراین، توسعه‌دهنده باید تمام مسیرهای دسترسی به داده را به‌دقت پیش‌بینی کند، که انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهد.
  مقیاس‌پذیری پیچیده‌تر: این پایگاه داده به دلیل طراحی تک‌نخی و هم‌زمان (Synchronous) به‌طور کامل از تمامی هسته‌های پردازنده استفاده نمی‌کند. این موضوع باعث می‌شود که مقیاس‌پذیری پیچیده شود و برای افزایش مقیاس، نیاز به راه‌اندازی و اجرای چندین نمونه از Redis و تشکیل خوشه‌ها باشد.

مقایسه Redis با رقبا

جمع‌بندی

Redis یک پایگاه داده NoSQL کلید-مقدار (key-value) درون حافظه است که به دلیل سرعت بالا، ساختارهای داده متنوع و ویژگی‌های تکرارپذیری و تحمل خطا، در مواردی مانند حافظه پنهان، مدیریت نشست‌ها و صف‌بندی کارها به کار می‌رود. با وجود محدودیت‌هایی مانند حجم حافظه و عدم پشتیبانی کامل از تراکنش‌های ACID، این فناوری به دلیل سرعت و انعطاف‌پذیری خود، برای سازمان‌هایی مانند توییتر، پینترست و استک‌اورفلو سودمند بوده است. به‌طور کلی، Redis یک راهکار چندمنظوره است که به بهینه‌سازی عملکرد و دسترسی سریع به داده‌ها کمک می‌کند.