Redis

Redisは,2009年にイタリアのプログラマーであるSalvatore Sanfilippoによって開発された.当初は,彼が開発していたスケーラブルなWebアプリケーションのデータベースのボトルネックを解消する目的で作られた.Sanfilippoは,従来のリレーショナルデータベース[RDB]が高頻度の読み書き処理において最適ではないことを認識し,メモリ上で動作する高速データストアの開発に着手した.最初のバージョンはわずか数千行のCコードで実装され,シンプルながらも革新的なデータ管理アプローチを提示した.

その後,Redisはオープンソースプロジェクトとして公開され,VMware[2010年],Pivotal Software[2013年],Redis Labs[後のRedis Inc.,2015年〜]などの企業によって順次支援されるようになった.2011年にはバージョン2.2でマスター・スレーブレプリケーション機能が導入され,2015年にはクラスタリング機能を備えたRedis Clusterが導入され,水平方向のスケールアウトが容易になった.2016年にはモジュールシステムが導入され,2018年から2020年にかけてRediSearchやRedisJSON,RedisAIなどの拡張機能が登場し,検索・分析機能が大幅に強化された.2021年には創始者のSanfilippoがプロジェクトのリーダーシップをコミュニティに移譲し,新たな発展段階へと進んだ.

Redisの特徴

インメモリデータストア

Redisは,すべてのデータをメモリ[RAM]上に格納することで,ミリ秒単位あるいはマイクロ秒単位の超高速なデータアクセスを実現する.ディスクへのI/Oを最小限に抑えることで,従来のデータベースと比較して100倍以上の高速化を実現している場合もある.そのため,キャッシュ,セッション管理,リアルタイム分析,高頻度取引などの低レイテンシが求められる用途に最適である.メモリの効率的な使用のため,独自のメモリ管理技術と最適化されたデータ構造を採用している.

多様なデータ構造

Redisは単なるキーバリューストアではなく,以下のような高度なデータ構造をネイティブにサポートする.これにより,複雑なデータモデリングと多様なユースケースに対応可能である.

• 文字列[String]：単純なキー・バリューの保存,カウンター,ビットマップなどに活用
• リスト[List]：FIFO/LIFOのキューとして利用可能,タイムラインデータの管理に適している
• セット[Set]：ユニークな値の集合演算[交差・和・差集合],タグシステムなどに活用
• ハッシュ[Hash]：オブジェクトのようなキー・バリュー構造,ユーザープロファイルなどに最適
• ソート済みセット[Sorted Set]：スコア付きランキング管理,リアルタイムリーダーボードなどに使用
• ビットマップ,ハイパーログログ：効率的な統計処理,ユニークユーザー数カウントなどに適している
• ストリーム[Stream]：時系列データ処理,イベントソーシングなどに活用,2018年のRedis 5.0で導入地理空間インデックス[Geo]：位置情報の保存と検索,近接検索などに活用

各データ構造は,原子的な操作をサポートしており,複数のクライアントからの並行アクセスにも安全に対応する.

永続化[Persistence]

Redisは,単なるキャッシュではなく,データの永続化機能を複数の方式で備える.これにより,サーバー再起動やクラッシュ後もデータを復元することが可能である.

• RDB[Redis Database Snapshot]：一定間隔でスナップショットを作成し,ディスクに保存.高速な起動と復元が可能だが,障害時に最新データの一部が失われる可能性がある
• AOF[Append-Only File]：すべての書き込み操作をログに記録し,クラッシュ時の復旧を可能にする.データの安全性は高いが,ファイルサイズが大きくなる傾向がある
• ハイブリッドアプローチ：RDBとAOFを組み合わせた方式も可能で,安全性と性能のバランスを取れる

これらの永続化オプションは,ユースケースに応じて柔軟に設定可能であり,データの重要性と性能要件に合わせて最適化できる.

分散システム対応

Redisは,水平スケールアウトを実現するためのレプリケーションとクラスタリングを包括的にサポートする.大規模システムでの高可用性と負荷分散を実現できる.

• マスター・スレーブレプリケーション：マスターノードが書き込み,スレーブノードが読み取りを担当し,読み取り負荷を分散
• センチネル[Sentinel]：高可用性を確保するための監視システム.マスターの障害を検知し,自動的にスレーブを昇格させる
• Redis Cluster：自動シャーディング[データ分散]によるスケールアウトを実現.数テラバイト規模のデータセットも管理可能
• Proxy-based Clustering：TwemproxyやRedis Proxyなどの外部ツールを使用した柔軟なクラスタリング

これらの機能により,小規模システムから大規模分散システムまで,様々な規模のデプロイメントに対応できる.

高速なPub/Subメッセージング

Redisは,Pub/Sub[発行-購読型]のメッセージキュー機能を提供し,リアルタイム通信に適用可能である.チャネルベースのパブリッシュ・サブスクライブメカニズムにより,複数のクライアント間での効率的なメッセージ配信を実現する.例えば,チャットアプリ,通知システム,イベントストリーミング,マイクロサービス間通信などに広く利用される.Redis Streamsと組み合わせることで,より高度なイベント処理システムを構築することも可能である.

トランザクションと最適化機能

Redisは,マルチコマンドトランザクションをサポートし,複数の操作を原子的に実行できる.また,Lua スクリプティングによりサーバーサイドでの複雑な操作を効率的に実行することが可能である.パイプライニング技術により,複数のコマンドをバッチ処理し,ネットワークレイテンシを削減できる.これらの機能により,複雑なデータ操作を高速かつ安全に実行することができる.

Mathematics is the language with which God has written the universe.