Redis คืออะไร? ใช้ทำอะไร และควรเผื่อสเปกเท่าไหร่

Redis คืออะไร

Redis คือที่เก็บข้อมูลแบบคีย์-ค่า (key-value) ที่เก็บข้อมูลทั้งหมดไว้ในหน่วยความจำหลักของเครื่อง หรือที่เรียกกันว่าแรม แทนที่จะเก็บบนดิสก์เหมือนฐานข้อมูลทั่วไป การอ่านหรือเขียนข้อมูลหนึ่งชิ้นจึงเป็นแค่การหยิบของจากแรม ซึ่งเร็วกว่าการวิ่งไปหาข้อมูลบนดิสก์อย่างมีนัยสำคัญ

วิธีใช้งานพื้นฐานง่ายมาก คุณตั้งชื่อคีย์ขึ้นมาหนึ่งชื่อ แล้วเก็บค่าไว้กับคีย์นั้น เวลาจะเอากลับมาก็เรียกด้วยชื่อคีย์เดิม เหมือนตู้ล็อกเกอร์ที่คุณจำหมายเลขล็อกเกอร์ได้ก็เปิดเอาของออกมาได้ทันที ไม่ต้องค้นทีละช่อง

แต่ Redis ไม่ได้เก็บได้แค่ข้อความธรรมดา มันมีโครงสร้างข้อมูลในตัวหลายแบบ ทั้งรายการ (list), เซต, ตารางแฮช และเซตแบบเรียงลำดับ (sorted set) ซึ่งเป็นเหตุผลที่คนเอามันไปทำงานได้หลากหลายกว่าคำว่า "แคช" อย่างเดียว เช่นทำคิวงานหรือทำตารางอันดับก็ได้จากโครงสร้างที่มีอยู่แล้ว

ทำไมถึงเร็ว และแลกมากับอะไร

เหตุผลหลักที่ Redis เร็วมีสองข้อ ข้อแรกคือข้อมูลอยู่ในแรม ซึ่งเข้าถึงได้เร็วกว่าดิสก์มาก ข้อสองคือการออกแบบที่จงใจให้เรียบง่าย คำสั่งส่วนใหญ่ประมวลผลด้วยเธรดหลักเธรดเดียวเรียงกันไป จึงไม่มีต้นทุนของการล็อกและการสลับงานที่ซับซ้อน (เวอร์ชันใหม่แยกงานรับส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายไปหลายเธรดได้ แต่การประมวลผลคำสั่งยังคงแนวคิดเดิม)

ทีนี้มาถึงส่วนที่ต้องพูดให้ตรง เพราะความเร็วนี้ไม่ได้ฟรี ข้อแลกเปลี่ยนข้อแรกคือ ข้อมูลอยู่ในแรมแปลว่าแรมหมดเมื่อไหร่คือปัญหาทันที ถ้าคุณไม่ได้กำหนดเพดานหน่วยความจำไว้ Redis จะเก็บข้อมูลเพิ่มไปเรื่อย ๆ จนแรมของเครื่องเต็ม แล้วระบบปฏิบัติการจะเริ่มปิดกระบวนการที่กินแรมมากที่สุดทิ้ง ซึ่งก็คือ Redis เองหรือแย่กว่านั้นคือฐานข้อมูลหลักของคุณ

ข้อแลกเปลี่ยนข้อที่สองสำคัญกว่า คือถ้าไม่ตั้งค่าให้เขียนข้อมูลลงดิสก์ ข้อมูลทั้งหมดจะหายเมื่อรีสตาร์ต Redis มีกลไกเขียนลงดิสก์ให้เลือกสองแบบ แบบแรกคือบันทึกภาพรวมของข้อมูลเป็นช่วง ๆ (snapshot) ซึ่งค่าเริ่มต้นมาตรฐานเปิดไว้อยู่ แบบที่สองคือบันทึกทุกคำสั่งที่เขียนต่อท้ายไฟล์ (append-only) ซึ่งค่าเริ่มต้นปิดอยู่ ผลคือถ้าใช้แค่ค่าเริ่มต้นแล้วเครื่องดับ ข้อมูลที่เขียนหลังการบันทึกครั้งล่าสุดจะหายไป

พูดให้ชัดกว่านั้น: ถ้าตั้งค่าปิดการเขียนลงดิสก์ไว้ (ซึ่งคอนเทนเนอร์สำเร็จรูปบางตัวตั้งมาแบบนั้น) การรีสตาร์ตเครื่องหรือรีสตาร์ตบริการเพียงครั้งเดียวก็เท่ากับข้อมูลใน Redis หายทั้งหมด ถ้าใช้มันเป็นแคชล้วน เรื่องนี้ไม่ใช่ปัญหาเพราะสร้างใหม่จากฐานข้อมูลได้ แต่ถ้าเผลอเอาไปเก็บของที่หายไม่ได้ นี่คือปัญหาใหญ่

Redis ใช้ทำอะไรบ้าง

คนส่วนใหญ่รู้จัก Redis ในฐานะแคช แต่จริง ๆ มันถูกใช้กว้างกว่านั้นมาก เพราะโครงสร้างข้อมูลที่มีมาให้ทำให้งานหลายอย่างเขียนได้ในไม่กี่คำสั่ง ตารางนี้คืองานที่พบบ่อยที่สุดในระบบจริง

Redis ไม่ใช่ฐานข้อมูลหลัก

ประเด็นนี้ต้องพูดให้ชัด เพราะเป็นความเข้าใจผิดที่ทำให้ระบบพังจริง โดยทั่วไป Redis ถูกใช้ "คู่กับ" ฐานข้อมูลจริงอย่าง MySQL หรือ PostgreSQL ไม่ใช่ใช้แทน ข้อมูลที่เป็นความจริงของระบบ เช่นบัญชีผู้ใช้ คำสั่งซื้อ หรือรายการสินค้า ยังต้องอยู่ในฐานข้อมูลหลักที่เขียนลงดิสก์ทุกครั้งที่มีธุรกรรม

รูปแบบการทำงานปกติเป็นแบบนี้: เมื่อมีคำขอเข้ามา แอปจะถามหาข้อมูลจาก Redis ก่อน ถ้ามีก็ตอบกลับได้ทันที ถ้าไม่มีค่อยไปดึงจากฐานข้อมูลหลัก แล้วเก็บสำเนาไว้ใน Redis พร้อมกำหนดวันหมดอายุ คำขอครั้งถัดไปที่ถามหาข้อมูลเดิมจึงตอบจากแรมได้เลย เหตุผลที่วางลำดับแบบนี้ก็เพราะแม้ Redis จะหายไปทั้งก้อน ระบบก็ยังทำงานต่อได้ แค่ช้าลงเท่านั้น

• ฐานข้อมูลหลักคือแหล่งความจริง — ข้อมูลใน Redis ถือเป็นสำเนาที่ทิ้งได้เสมอ
• อย่าเขียนข้อมูลสำคัญลง Redis อย่างเดียวโดยไม่ผ่านฐานข้อมูล เพราะไม่มีการรับประกันความคงทนระดับเดียวกัน
• Redis ไม่มีการเชื่อมตาราง ไม่มีการค้นหาที่ซับซ้อนแบบ SQL การหาข้อมูลตามเงื่อนไขหลายชั้นไม่ใช่งานของมัน
• ระวังข้อมูลใน Redis ไม่ตรงกับฐานข้อมูล — เมื่อแก้ข้อมูลในฐานข้อมูลแล้ว ต้องลบหรืออัปเดตคีย์ที่เกี่ยวข้องด้วย ไม่งั้นผู้ใช้จะเห็นข้อมูลเก่า
• ตั้งวันหมดอายุให้คีย์เสมอเมื่อใช้เป็นแคช เพื่อให้ข้อมูลเก่าหลุดออกไปเองแม้จะลืมลบ
• ออกแบบให้ระบบยังทำงานได้แม้ Redis ล่ม — ถ้าเชื่อมต่อไม่ได้ควรตกไปอ่านฐานข้อมูลหลักแทน ไม่ใช่ขึ้นหน้าเออเรอร์

Redis กับ Memcached ต่างกันยังไง

Memcached คืออีกตัวเลือกที่ทำงานคล้ายกัน คือเก็บข้อมูลคีย์-ค่าไว้ในแรมเพื่อใช้เป็นแคช เกิดมาก่อนและออกแบบมาให้ทำอย่างเดียวคือแคช จึงเรียบง่ายมาก ส่วน Redis มีความสามารถกว้างกว่า แลกกับสิ่งที่ต้องตั้งค่าและดูแลมากกว่านิดหน่อย

ในทางปฏิบัติ ถ้าคุณต้องการแค่แคชคู่คีย์-ค่าล้วน ๆ ทั้งสองตัวทำงานได้ดีพอกัน แต่ถ้ามีโอกาสจะใช้ทำคิวงาน จัดอันดับ หรืออยากให้ข้อมูลอยู่รอดข้ามการรีสตาร์ต Redis จะครอบคลุมกว่า ซึ่งเป็นเหตุผลที่โครงการใหม่ ๆ ส่วนใหญ่เลือก Redis เป็นค่าตั้งต้น

ใส่ Redis แล้วเว็บเร็วขึ้นจริงไหม

ตอบตรง ๆ ว่า ช่วยเมื่อคอขวดของคุณคือการอ่านข้อมูลชุดเดิมซ้ำ ๆ เท่านั้น ถ้าเว็บของคุณต้องคิวรีฐานข้อมูลชุดเดียวกันซ้ำหลายพันครั้งต่อนาทีเพื่อตอบคำขอที่ให้ผลเหมือนกัน การเก็บผลไว้ในแรมแล้วตอบจากตรงนั้นย่อมลดงานของฐานข้อมูลลงได้ชัดเจน นี่คือกรณีที่ Redis ทำงานได้ตรงจุด

แต่ถ้าคอขวดอยู่ที่อื่น Redis ไม่ได้ช่วยอะไรเลย และยังเพิ่มของให้ดูแลอีกหนึ่งตัว ที่พบบ่อยคือเว็บช้าเพราะรูปภาพใหญ่เกินไป เพราะสคริปต์ฝั่งหน้าเว็บเยอะเกินจำเป็น เพราะคิวรีฐานข้อมูลตัวเดียวเขียนไว้ไม่ดีจนกินเวลาหลายวินาที หรือเพราะเครื่องแรมเต็มจนระบบต้องสลับข้อมูลไปมากับดิสก์ ทั้งหมดนี้แก้ที่ต้นเหตุตรง ๆ ได้ผลกว่าการเพิ่ม Redis เข้าไป

วิธีตรวจสอบก่อนตัดสินใจคือดูให้เห็นก่อนว่าเวลาที่หายไปอยู่ตรงไหน เปิดเครื่องมือดูเวลาตอบสนองของแอป ดูว่าคำขอหนึ่งครั้งใช้เวลาไปกับอะไรมากที่สุด ถ้าเห็นชัดว่าเป็นการคิวรีฐานข้อมูลชุดเดิมซ้ำ ๆ ค่อยใส่แคช ถ้าไม่ใช่ ให้แก้ตรงที่มันช้าจริงก่อน

• ช่วยได้: หน้าที่ทุกคนเห็นเหมือนกันและเนื้อหาไม่เปลี่ยนบ่อย แต่ต้องคิวรีฐานข้อมูลใหม่ทุกครั้ง
• ช่วยได้: ข้อมูลที่ต้องอ่านทุกคำขอ เช่นสถานะการเข้าสู่ระบบหรือค่าตั้งค่าของเว็บ
• ช่วยได้: งานที่ทำให้ผู้ใช้ต้องรอ ทั้งที่ยกไปทำเบื้องหลังผ่านคิวได้
• ไม่ช่วย: เว็บช้าเพราะไฟล์ภาพหรือสคริปต์ฝั่งหน้าเว็บหนักเกินไป
• ไม่ช่วย: คิวรีตัวเดียวที่เขียนไว้ไม่ดีหรือขาดดัชนี ควรแก้คิวรีหรือเพิ่มดัชนีก่อน
• ไม่ช่วย: เครื่องแรมไม่พออยู่แล้ว — ใส่ Redis เข้าไปยิ่งแย่งแรมเพิ่ม
• ไม่ช่วย: ข้อมูลที่แต่ละคนเห็นไม่เหมือนกันและเปลี่ยนทุกครั้ง เพราะแคชแทบไม่เคยถูกใช้ซ้ำ

สเปกที่ควรเผื่อ

ตัว Redis เองแทบไม่กิน CPU สิ่งที่ต้องคิดคือแรม เพราะข้อมูลทั้งหมดอยู่ในนั้น หลักคิดง่าย ๆ คือประเมินขนาดข้อมูลที่จะเก็บ แล้วเผื่อไว้อีกส่วนหนึ่งสำหรับค่าใช้จ่ายภายในของตัวโปรแกรมและช่วงที่มันบันทึกข้อมูลลงดิสก์ และอย่าลืมว่าฐานข้อมูลหลักกับตัวเว็บก็กินแรมบนเครื่องเดียวกันอยู่แล้ว ตารางด้านล่างเทียบกับแพ็กเกจ VPS ของ Plusweb ทุกตัวมี 1 Public IPv4 ในตัว ตัวเลขในวงเล็บคือราคาต่อเดือนเมื่อชำระรายปี

ความปลอดภัย: เรื่องที่ห้ามพลาดเด็ดขาด

ข้อนี้สำคัญที่สุดในบทความ: ห้ามเปิดพอร์ตของ Redis ออกสู่อินเทอร์เน็ตโดยไม่มีรหัสผ่านเด็ดขาด พอร์ตมาตรฐานของมันคือ 6379 ซึ่งเป็นหมายเลขที่รู้กันทั่วโลก มีสคริปต์อัตโนมัติไล่สแกนหาเซิร์ฟเวอร์ที่เปิดพอร์ตนี้ทิ้งไว้ตลอดเวลา เครื่องที่เผลอเปิดไว้มักถูกเจอภายในเวลาไม่นานหลังขึ้นออนไลน์

ผลที่ตามมาไม่ใช่แค่ข้อมูลรั่ว เพราะคนที่เข้าถึง Redis ได้โดยไม่ต้องยืนยันตัวตนจะสั่งลบข้อมูลทั้งหมด เขียนข้อมูลปลอมเข้าไป หรือใช้ความสามารถบางอย่างของมันเป็นทางเข้าสู่ระบบต่อได้ นี่คือช่องทางที่ทำให้เซิร์ฟเวอร์ถูกยึดจริงมาแล้วนับไม่ถ้วน รายละเอียดเรื่องการปิดพอร์ตอ่านเพิ่มได้ที่ Firewall คืออะไร

• ให้ Redis ฟังเฉพาะภายในเครื่อง (127.0.0.1) ถ้าแอปที่ใช้งานอยู่บนเครื่องเดียวกัน ซึ่งเป็นกรณีส่วนใหญ่
• ตั้งรหัสผ่านให้ Redis เสมอ แม้จะเปิดเฉพาะภายในเครื่องก็ควรตั้งไว้เป็นชั้นป้องกันสำรอง
• ปิดพอร์ต 6379 ที่ไฟร์วอลล์ อย่าพึ่งการตั้งค่าในตัว Redis อย่างเดียว
• ถ้ารันด้วยคอนเทนเนอร์ ระวังการผูกพอร์ตออกมาที่ IP สาธารณะโดยไม่ตั้งใจ — ให้ผูกกับภายในเครื่องเท่านั้น
• ถ้าจำเป็นต้องให้เครื่องอื่นเชื่อมต่อจริง ๆ ให้ใช้เครือข่ายภายในหรือช่องทางที่เข้ารหัส ไม่ใช่เปิดพอร์ตออกอินเทอร์เน็ตตรง ๆ
• จำกัดสิทธิ์ของบัญชีที่แอปใช้เชื่อมต่อ ให้ใช้ได้เท่าที่จำเป็น ไม่ใช่สิทธิ์เต็มทุกคำสั่ง
• อัปเดตเวอร์ชันสม่ำเสมอ และอย่ารัน Redis ด้วยสิทธิ์ root โดยไม่จำเป็น

สรุป

Redis คือที่เก็บข้อมูลคีย์-ค่าที่วางข้อมูลไว้ในแรม จึงอ่านเขียนได้เร็วมาก เหมาะกับข้อมูลชิ้นเล็กที่ถูกเรียกซ้ำบ่อย ๆ อย่างแคช session คิวงาน การจำกัดอัตราคำขอ และตารางอันดับ แต่มันไม่ใช่ฐานข้อมูลหลัก และโดยทั่วไปใช้คู่กับ MySQL หรือฐานข้อมูลจริงตัวอื่นเสมอ

สิ่งที่ต้องจำให้ขึ้นใจมีสามข้อ: ข้อมูลอยู่ในแรม แรมหมดคือปัญหาจึงต้องตั้งเพดานไว้ · ถ้าไม่ตั้งค่าให้เขียนลงดิสก์ ข้อมูลหายเมื่อรีสตาร์ต · และห้ามเปิดพอร์ตออกอินเทอร์เน็ตโดยไม่มีรหัสผ่าน ส่วนคำถามว่าใส่แล้วเว็บเร็วขึ้นไหม คำตอบคือช่วยเมื่อคอขวดคือการอ่านข้อมูลซ้ำ ๆ เท่านั้น ถ้าคอขวดอยู่ที่อื่นก็ต้องแก้ที่ตรงนั้น

ในทางปฏิบัติ คนส่วนใหญ่ติดตั้ง Redis ด้วยคอนเทนเนอร์บนเครื่องเดียวกับแอป แล้วให้ Nginx อยู่หน้าสุดรับทราฟฟิกจากภายนอก ส่วน Redis อยู่ข้างในโดยไม่เปิดพอร์ตออกเลย ถ้ายังไม่คุ้นกับสองส่วนนี้ อ่าน Docker คืออะไร ประกอบ และถ้ายังไม่เคยมีเครื่องเป็นของตัวเอง เริ่มที่ VPS คืออะไร ก่อน เพราะการติดตั้ง Redis เองต้องมีสิทธิ์ root ซึ่งโฮสติ้งแบบแชร์ไม่เปิดให้