Memcached là một hệ thống lưu trữ bản sao lưu các dữ liệu được truy cập nhiều lần nhằm mục đích giảm thiểu thời gian truy vấn dữ liệu, qua đó cải thiện đáng kể tốc độ của hệ thống. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ Memcached hoạt động như thế nào và tại sao nó lại có thể mang lại một sự khác biệt lớn đến vậy cho quá trình truy vấn. Cùng MONA Host tìm hiểu khái niệm Memcached là gì, cơ chế hoạt động cũng như cách thức mà công nghệ này có thể giúp hệ thống dữ liệu của bạn hoạt động hiệu quả hơn trong bài viết này nhé.
Memcached là gì?
Memcached là một hệ thống lưu trữ dữ liệu tạm thời lưu trữ trong bộ nhớ RAM, mã nguồn mở, được thiết kế giúp tăng tốc độ truy xuất bằng cách lưu trữ các đối tượng và dữ liệu được truy cập nhiều lần. Thay vì phải truy vấn trực tiếp vào cơ sở dữ liệu mỗi khi cần, Memcached sẽ lưu trữ các bản sao của dữ liệu trong bộ nhớ RAM, giúp việc lấy dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả hơn. Hệ thống Memcached được phát triển bởi Danga Interactive nhằm phục vụ LiveJournal. Nhưng, nhờ tính năng đơn giản, hiệu quả, nó đã nhanh chóng trở thành một công cụ phổ biến, được tích hợp và sử dụng rộng rãi trên nhiều nền tảng web lớn.
Điểm đặc biệt của Memcached là tính đơn giản và khả năng mở rộng cao. Memcached lưu trữ những memory key trong bộ nhớ dành cho khối dữ liệu tùy chỉnh yêu cầu của database, APT hoặc hiển thị trang web. Chính nhờ cơ chế này mà Memcached có thể tối ưu hóa tốc độ truy cập mà không cần phải truy vấn dữ liệu từ cơ sở dữ liệu hay các tài nguyên lưu trữ khác.
Ví dụ, nếu website WordPress của bạn có lượng truy cập lớn, người dùng có thể gặp tình trạng tải trang chậm do máy chủ phải xử lý quá nhiều yêu cầu. Mỗi lần truy vấn cơ sở dữ liệu đều làm tăng áp lực lên máy chủ, dẫn đến giảm hiệu suất và có nguy cơ gây ra tắc nghẽn. Memcached là giải pháp tối ưu cho vấn đề này. Thực hiện lưu trữ các dữ liệu hoặc kết quả truy vấn được sử dụng thường xuyên vào bộ nhớ RAM, Memcached giảm thiểu đáng kể số lượng truy vấn trực tiếp đến cơ sở dữ liệu, giúp website tải nhanh hơn và mang lại trải nghiệm mượt mà cho người dùng.
Cơ chế hoạt động của Memcached
Memcached vận hành dựa trên nguyên tắc caching cơ bản, với quy trình xử lý dữ liệu theo các bước sau:
- Khi nhận được yêu cầu truy xuất dữ liệu, server sẽ kiểm tra xem dữ liệu đó có sẵn trong Memcached hay không.
- Nếu dữ liệu đã được lưu trữ trong Memcached, server ngay lập tức phản hồi yêu cầu mà không cần truy cập vào cơ sở dữ liệu.
- Trong trường hợp dữ liệu chưa có trong Memcached (lần đầu truy cập hoặc cache đã hết hạn), server sẽ tìm kiếm dữ liệu trong cơ sở dữ liệu gốc hoặc các nguồn lưu trữ khác, sau đó lưu lại bản sao dữ liệu vào Memcached trước khi trả lời yêu cầu.
Không giống như Redis vốn hỗ trợ nhiều kiểu dữ liệu khác nhau, Memcached chỉ lưu trữ dữ liệu dưới dạng chuỗi. Theo mặc định, kích thước tối đa cho mỗi key là 250 byte và mỗi value là 1MB, nhưng bạn hoàn toàn có thể tăng giới hạn này bằng cách sử dụng các lệnh cấu hình.
Dung lượng lưu trữ của Memcached phụ thuộc trực tiếp vào bộ nhớ hệ thống. Khi bộ nhớ đầy, các dữ liệu ít được truy cập nhất sẽ bị xóa để giải phóng không gian cho dữ liệu mới.
Điểm đặc biệt của Memcached nằm ở cơ chế quản lý bộ nhớ Slab Allocation. Bộ nhớ được chia thành các phân đoạn (slab) có kích thước cố định, và các cặp key-value sẽ được lưu vào những slab phù hợp. Cách làm này không chỉ tăng hiệu quả sử dụng bộ nhớ mà còn giúp hạn chế tình trạng phân mảnh.
>> Cache là gì?
Những ưu và nhược điểm của Memcached
Là một giải pháp lưu trữ dữ liệu tạm thời phổ biến hiện nay, Memcached ghi điểm nhờ tốc độ truy xuất vượt trội, dễ triển khai và có cộng đồng hỗ trợ rộng lớn. Tuy vậy, so với những công nghệ hiện đại mới ra mắt, Memcached vẫn tồn tại một vài điểm hạn chế cần cân nhắc.
Ưu điểm
Memcached sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, phù hợp với các nhu cầu từ cơ bản đến nâng cao trong quản lý dữ liệu:
- Ở cấp độ cơ bản: Memcached thường được sử dụng để lưu trữ các dạng dữ liệu dùng chung, phổ biến nhất là lưu trữ session. Điều này đặc biệt hữu ích trong các môi trường load balancing đơn giản như pound hay Nginx, giúp giải quyết hiệu quả vấn đề duy trì session liên tục của người dùng.
- Ở cấp độ trung bình: Memcached hỗ trợ giảm tải cho cơ sở dữ liệu bằng cách lưu trữ các dữ liệu ít thay đổi, đặc biệt là những dữ liệu yêu cầu tính toán phức tạp. Nhờ đó, các truy vấn phức tạp tiêu tốn tài nguyên cũng được xử lý nhanh chóng hơn.
- Ở cấp độ nâng cao: Memcached bảo vệ cơ sở dữ liệu thông qua việc hỗ trợ chia nhỏ dữ liệu theo chiều ngang. Dù vậy, hiệu quả so với các phương pháp phân vùng cơ sở dữ liệu truyền thống vẫn còn là một chủ đề gây tranh cãi.
Ngoài ra, Memcached hiện có thể được triển khai trên cả hai hệ điều hành phổ biến là Windows và Linux, tăng khả năng tích hợp và ứng dụng trong nhiều môi trường làm việc khác nhau.
Nhược điểm
Mặc dù Memcached mang lại nhiều lợi ích đáng kể trong việc cải thiện hiệu suất lưu trữ và truy xuất dữ liệu, nhưng hệ thống này vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định:
- Không có cơ chế xác thực dữ liệu: Memcached hoạt động độc lập và không đảm bảo tính chính xác hay nhất quán của dữ liệu đã lưu trữ so với cơ sở dữ liệu chính. Điều này có thể dẫn đến việc sử dụng thông tin cũ hoặc không chính xác nếu dữ liệu gốc thay đổi.
- Phụ thuộc vào máy chủ riêng: Người dùng phải thuê và cài đặt Memcached trên một máy chủ riêng, điều này có thể làm tăng chi phí và độ phức tạp khi triển khai.
- Không tự động đồng bộ dữ liệu: Khi cơ sở dữ liệu thay đổi, Memcached không tự động cập nhật dữ liệu đã lưu. Chẳng hạn, nếu dữ liệu trong database thay đổi từ A sang B, Memcached vẫn giữ nguyên giá trị A ban đầu, dẫn đến tình trạng không đồng nhất.
- Không phù hợp với dữ liệu quan trọng: Memcached không được thiết kế để lưu trữ dữ liệu có tính chất quan trọng hoặc cần đảm bảo tính ổn định cao. Nếu hệ thống gặp sự cố, như server Memcached ngừng hoạt động trước khi dữ liệu được đồng bộ với database, thông tin có thể bị mất hoặc gây ra lỗi nghiêm trọng.
Xu hướng phát triển của Memcached trong tương lai
Memcached đã khẳng định được vị thế của mình như một công cụ lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ hiệu quả và đáng tin cậy. Trong tương lai, giải pháp này được dự đoán sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Tuy nhiên, một số xu hướng công nghệ mới có thể định hình sự phát triển của Memcached, bao gồm:
Sự trỗi dậy của cơ sở dữ liệ uNoSQL
Cơ sở dữ liệu NoSQL đang ngày càng phổ biến nhờ khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu về hiệu suất và mở rộng. Mặc dù vậy, Memcached vẫn giữ được ưu thế riêng, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu truy xuất dữ liệu nhanh với độ trễ thấp, nhờ khả năng lưu trữ dữ liệu tạm thời trong vùng nhớ memcached memory.
Tích hợp với kiến trúc đám mây
Với sự phát triển mạnh mẽ của điện toán đám mây, Memcached ngày càng được tích hợp chặt chẽ hơn vào các nền tảng như Amazon Web Services (AWS) hay Google Cloud Platform (GCP). Xu hướng này không chỉ giúp đơn giản hóa quy trình triển khai mà còn nâng cao hiệu quả quản lý Memcached trong môi trường đa đám mây.
Các hướng nghiên cứu và cải tiến khác
- Ứng dụng AI: Sử dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa tự động hóa cấu hình và cải thiện hiệu suất hoạt động.
- Cải tiến giao thức: Nghiên cứu phát triển các giao thức mới nhằm nâng cao khả năng mở rộng và hiệu suất của Memcached.
- Tích hợp công nghệ tiên tiến: Đưa Memcached vào các ứng dụng như phân tích dữ liệu lớn, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, giúp mở rộng phạm vi ứng dụng của công cụ này.
So sánh Memcached vs Redis
Memcached và Redis đều là hai công cụ mạnh mẽ giúp tăng tốc độ xử lý và giảm tải cho cơ sở dữ liệu bằng cách lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ. Mỗi công cụ lại có những đặc điểm riêng biệt, phù hợp với những nhu cầu khác nhau. Cùng khám phá sự tương đồng và khác biệt giữa Memcached vs Redis qua những thông tin dưới đây nhé.
Điểm giống nhau giữa Memcached và Redis
Memcached và Redis đều là những hệ thống lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ với tốc độ truy xuất cực nhanh. Cả hai đều có thể giúp tăng hiệu suất ứng dụng bằng cách lưu trữ và truy xuất dữ liệu nhanh chóng, đặc biệt là khi làm bộ nhớ đệm.
Điểm chung giữa chúng là khả năng lưu trữ nhiều loại dữ liệu khác nhau trong bộ nhớ, với Redis nổi bật hơn nhờ khả năng hỗ trợ nhiều kiểu dữ liệu phong phú như string, hash table, linked list, trong khi Memcached chủ yếu hoạt động với dữ liệu theo dạng key – value.
Mặc dù cấu trúc của Memcached và Redis có sự khác biệt, nhưng chúng đều có thể cải thiện tốc độ truy cập website hiệu quả, chẳng hạn như cache HTML hoặc các truy vấn cơ sở dữ liệu. Chính nhờ những đặc điểm này, cả Memcached và Redis đều là lựa chọn lý tưởng để tối ưu hóa hiệu suất và tốc độ cho các ứng dụng web.
Khác nhau giữa Memcached và Redis
Mặc dù cả Memcached và Redis đều là các hệ thống lưu trữ dữ liệu phổ biến, nhưng mỗi công cụ lại có những đặc điểm riêng biệt, phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng khác nhau. Cả hai đều cung cấp khả năng lưu trữ dữ liệu tạm thời, nhưng sự khác biệt giữa chúng nằm ở các tính năng và khả năng mở rộng. Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa Memcached và Redis để bạn dễ dàng nắm bắt sự khác biệt giữa hai công nghệ này:
| Tiêu chí so sánh |
Memcached |
Redis |
| Về bản chất |
Là hệ thống lưu trữ bộ nhớ đệm (memory caching system). |
Là một cơ sở dữ liệu (Database). |
| Các phép toán cho dữ liệu ở phía máy chủ |
Hỗ trợ ít kiểu dữ liệu và ít phép toán hơn Redis. |
Hỗ trợ nhiều kiểu dữ liệu và phép toán hơn Memcached, có thể cache cấu trúc dữ liệu phức tạp. |
| Mức độ hiệu quả khi dùng |
Sử dụng kiểu dữ liệu đơn giản (key – value), hiệu quả thấp hơn Redis. |
Sử dụng cấu trúc dạng hash, hiệu quả sử dụng cao hơn, thích hợp với dữ liệu phức tạp. |
| So sánh hiệu năng |
Tối ưu cho nhiều core, có khả năng xử lý dữ liệu tổng thể lớn. |
Chỉ tối ưu cho một core duy nhất, mặc dù có tối ưu dữ liệu lớn nhưng hiệu suất vẫn thấp hơn Memcached. |
| Tốc độ đọc, ghi |
Tốc độ đọc và ghi nhanh hơn Redis. |
Tốc độ đọc/ghi gần bằng Memcached, nhưng không vượt trội. |
| Backup dữ liệu |
Không có cơ chế backup nếu không sử dụng công cụ hỗ trợ. |
Có cơ chế backup dữ liệu vào disk mặc định. |
Các bước cài đặt và sử dụng Memcached cực dễ dàng trong Windows
Việc cài đặt và sử dụng Memcached sẽ là giải pháp hoàn hảo giúp bạn cải thiện tốc độ ứng dụng hoặc trang web của mình trên nền tảng Windows. Với khả năng lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ (RAM), Memcached giúp giảm thiểu độ trễ và tối ưu hóa quá trình truy xuất dữ liệu từ cơ sở dữ liệu. Dưới đây là hướng dẫn cài đặt Memcached chi tiết:
Cách cài đặt Memcache đơn giản
Bước 1: Tải phiên bản Memcached phù hợp, ví dụ: memcached-win64-1.4.4-14.zip.
Bước 2: Giải nén file vừa tải và sao chép vào một thư mục trên ổ cứng của bạn, chẳng hạn như: C:\memcached.
Bước 3: Chọn thư mục để lưu trữ Memcached.
Bước 4: Mở Command Prompt.
Bước 5: Cài đặt Memcached bằng cách sử dụng lệnh sau trong Command Prompt: Sử dụng lệnh cd để điều hướng đến thư mục chứa file memcached.exe:
cd C:\Users\anuma\Downloads\memcached-win64-1.4.4-14\memcached
Sau đó, thực hiện lệnh để cài đặt:
memcached.exe -d install
Bước 6: Tiếp theo, khởi động Memcached server bằng lệnh:
memcached.exe -d start
Lưu ý: Cổng mặc định của Memcached là 11211.
Sau khi thực hiện đầy đủ các bước trên, bạn đã cài đặt thành công Memcache và có thể bắt đầu sử dụng cho các mục đích của mình. Ngoài ra, bạn cũng hoàn toàn có thể cài đặt Memcache trên hệ điều hành Linux (memcached linux).
Sử dụng Memcache cơ bản nhất
PHP là một ngôn ngữ lập trình phổ biến trong việc phát triển web. Để kết nối với Memcached, bên cạnh việc cài đặt dịch vụ Memcached, bạn cũng cần thêm một extension tương ứng. Hiện nay, hai extension phổ biến nhất là memcache và memcached (được đặt tên giống như dịch vụ Memcached).
Memcache được phát triển sớm hơn Memcached và cung cấp giao diện thủ tục cũng như hướng đối tượng để tương tác với Memcached. Dịch vụ này nổi bật với khả năng caching hiệu quả và ổn định, đồng thời khắc phục nhiều lỗi bảo mật. Tuy nhiên, Memcache không hỗ trợ nhiều tính năng mới mà Memcached cung cấp, nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến nay.
Ngược lại, Memcached ra đời sau và sử dụng thư viện libmemcached để cung cấp API giúp giao tiếp với dịch vụ này. Memcached hỗ trợ nhiều tính năng mới và được đánh giá nhanh hơn Memcache. Tuy nhiên, dịch vụ này vẫn tồn tại một số lỗi bảo mật chưa được khắc phục, khiến việc sử dụng còn gặp phải một số khó khăn.
Một số câu hỏi liên quan đến Memcached là gì?
Nếu bạn đã từng tìm hiểu bộ nhớ đệm là gì, thì Memcached chính là công cụ giúp các ứng dụng triển khai cơ chế bộ nhớ đệm một cách hiệu quả. Bên cạnh những thông tin khái quát bạn đã nắm rõ về công nghệ này, thì dưới đây còn có một số câu hỏi liên quan đến Memcached có thể sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình áp dụng vào thực tiễn.
Có phải cả Memcached và Redis đều miễn phí?
Cả Memcached và Redis đều là phần mềm mã nguồn mở, do đó chúng hoàn toàn miễn phí cho người dùng. Đây là lý do tại sao cả hai đều trở thành lựa chọn phổ biến trong cộng đồng lập trình viên và các doanh nghiệp, giúp giảm chi phí vận hành hệ thống mà vẫn đảm bảo hiệu suất cao.
Bảo mật Memcached có thực sự tốt không?
Về bản chất, Memcached không có bất kỳ khả năng bảo mật nào cả. Dịch vụ này chỉ tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm tải cho các hệ thống, nhưng lại không cung cấp các tính năng bảo vệ dữ liệu hay kiểm soát truy cập. Do đó, khi sử dụng Memcached, người dùng thường phải tự thực hiện việc cấu hình bảo mật, như thiết lập tường lửa để kiểm soát các kết nối đến dịch vụ này.
Sử dụng Redis làm database chính có được hay không?
Việc sử dụng Redis làm database chính có thể thực hiện được, nhưng nó đòi hỏi một số cấu hình và điều chỉnh nhất định để đảm bảo dữ liệu được bảo vệ và duy trì tính toàn vẹn (consistency) cũng như khả năng sẵn sàng cao (high availability).
Làm sao để kết nối tới Redis?
Để kết nối với Redis, người dùng cần mở Terminal và nhập lệnh redis-cli. Sau khi thực hiện lệnh này, bạn sẽ kết nối thành công với máy chủ Redis cục bộ và có thể thực hiện các thao tác, lệnh tùy ý trên hệ thống Redis của mình.
Tóm lại, Memcached là yếu tố quan trọng trong việc tăng tốc độ truy xuất dữ liệu cho các ứng dụng web. Triển khai hiệu quả công nghệ này sẽ giúp các nhà phát triển web giảm thiểu tối đa thời gian tải trang và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Tuy nhiên, đó chỉ là một mảnh ghép trong bức tranh lớn về tối ưu hóa hiệu suất. Để có một ứng dụng web thực sự toàn diện, bạn cần kết hợp Memcached với các công nghệ khác như CDN, tối ưu hóa hình ảnh, giảm thiểu HTTP requests, và đặc biệt là một nền tảng hosting mạnh mẽ. Với hạ tầng server hiện đại và các tính năng tối ưu hóa hiệu suất, MONA Host cung cấp một giải pháp hoàn hảo để bạn triển khai các giải pháp caching như Memcached. Hãy để MONA Host đồng hành cùng bạn trên hành trình chinh phục tốc độ website!
Mình là Võ Nguyên Thoại, hiện tại đang là Co-founder và CTO của MONA Host - công ty chuyên cung cấp các dịch vụ cloud hosting, vps và hạ tầng thuộc phân khúc cao cấp tại thị trường Việt Nam, đồng thời cũng là Group CTO của The MONA, công ty chủ quản của MONA Media, MONA Software và MONA Host, với hệ sinh thái đầy đủ và hoàn chỉnh để phát triển doanh nghiệp trên môi trường internet.
Với kinh nghiệm làm việc chuyên sâu hơn 15 năm trong lĩnh vực CNTT, trải dài từ mảng hạ tầng, hệ thống, phát triển phần mềm và devops, Thoại mong muốn đóng góp các kinh nghiệm và kiến thức của mình tại Mona để xây dựng một hạ tầng CNTT với các trải nghiệm mới, cao cấp hơn, mượt mà hơn, tin cậy hơn và xoá bỏ khoảng cách giữa các doanh nghiệp và công cuộc chuyển đổi số với đội ngũ chuyên viên kỹ thuật cao luôn hỗ trợ khách hàng 24/7.
Hy vọng với những kiến thức, hiểu biết Thoại chia sẻ sẽ hữu ích đến các bạn độc giả quan tâm!
