面试题：分布式系统中Memcached与Redis在缓存性能方面的基础差异

Question

请阐述在分布式系统场景下，Memcached与Redis在缓存性能上的主要基础差异，例如数据结构对性能的影响、内存管理方式等方面。

Answer 1

数据结构对性能的影响

• Memcached：
  • 仅支持简单的键值对数据结构。这种单一的数据结构使得其在处理简单的缓存场景时，逻辑简单，读写操作速度非常快。例如在缓存网页片段等场景下，直接通过键获取对应的值，没有复杂的数据结构解析过程，极大提升了缓存读写效率。
• Redis：
  • 支持丰富的数据结构，如字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。虽然这为应用开发提供了极大的灵活性，但不同数据结构的操作复杂度和性能表现各异。例如哈希结构在存储和查询具有多个字段的对象时很方便，但相比Memcached简单的键值对操作，哈希结构的读写可能涉及更多的内部操作，在某些简单场景下性能可能不如Memcached。

内存管理方式

• Memcached：
  • 采用预分配内存池的方式管理内存。它在启动时会根据配置分配固定大小的内存空间，并将其划分成不同大小的块。这种方式的优点是内存分配和释放的速度快，避免了频繁的内存碎片产生，从而提高了缓存性能。但缺点是如果应用的缓存数据大小分布不均匀，可能会导致部分内存块浪费。
• Redis：
  • 使用的是动态内存分配方式。根据实际存储的数据大小动态分配和释放内存，这种方式更灵活，能更好地适应不同大小的数据存储需求。但动态内存分配可能会导致内存碎片的产生，尤其是在频繁的内存分配和释放操作后，内存碎片可能会影响内存的使用效率和性能，不过Redis提供了内存碎片整理的机制来缓解这一问题。

数据持久化对性能的影响

• Memcached：
  • 本身不支持数据持久化。数据仅存在于内存中，重启后数据会丢失。这使得其在缓存性能上不会因为持久化操作而产生额外的性能开销，专注于高速的读写操作。
• Redis：
  • 支持多种数据持久化方式，如RDB（快照）和AOF（追加式文件）。RDB在一定时间间隔内将内存中的数据以快照的形式写入磁盘，AOF则是将每个写操作追加到文件末尾。虽然持久化保证了数据的安全性，但这些操作会对Redis的性能产生一定影响。例如RDB在生成快照时可能会阻塞主线程，AOF的频繁写操作可能会影响磁盘I/O性能进而影响整体性能。

多线程和单线程模型对性能的影响

• Memcached：
  • 通常采用多线程模型。多线程可以充分利用多核CPU的优势，在高并发场景下，不同线程可以同时处理不同的请求，从而提高整体的并发处理能力，提升缓存性能。
• Redis：
  • 基于单线程模型。它通过高效的事件驱动机制和非阻塞I/O来处理大量并发请求。单线程模型避免了多线程编程中的锁竞争等问题，使得代码逻辑相对简单，在一些场景下可以达到很高的性能。但由于是单线程，无法充分利用多核CPU的优势，在某些对CPU资源需求较高的复杂操作场景下，性能可能会受到限制。