前言
在現代應用架構中，快取系統扮演著關鍵角色，能有效降低資料庫負載並提升應用回應速度。AWS ElastiCache 提供兩種主流的快取引擎：Memcached 和 Redis，各自適用於不同的應用場景。
本文將深入比較 Memcached 和 Redis 的核心特性、效能差異與適用場景，幫助您為專案選擇最佳解決方案。
AWS ElastiCache 概述
Amazon ElastiCache 是全託管的記憶體快取服務，支援兩種開源快取引擎：
- Memcached：簡單高效的分散式記憶體快取系統
- Redis：功能豐富的記憶體資料結構存儲
ElastiCache 自動處理硬體配置、軟體修補和故障偵測，讓開發者專注於應用邏輯。
Memcached：簡單高效的快取系統
核心特性
Memcached 採用簡單的鍵值對模型，設計目標是極致的效能與簡單性：
- 多執行緒架構：能充分利用多核心 CPU
- 水平擴展：輕鬆增加節點擴充容量
- 簡單的資料模型：僅支援字串型別
- 無持久化：資料僅存於記憶體
- LRU 淘汰策略：自動清除最少使用的資料
適用場景
- 網頁應用的 Session 快取
- 資料庫查詢結果快取
- API 回應快取
- 靜態內容快取
- 需要簡單擴展的大容量快取
程式碼範例
使用 Python 連接 Memcached：
import pylibmc
# 連接 ElastiCache Memcached 叢集
mc = pylibmc.Client([
"my-cluster.cache.amazonaws.com:11211"
], binary=True)
# 設定快取（鍵、值、過期時間秒數）
mc.set("user:1001", "{'name': 'Alice', 'email': 'alice@example.com'}", 3600)
# 讀取快取
user_data = mc.get("user:1001")
print(user_data)
# 刪除快取
mc.delete("user:1001")
Redis：功能豐富的資料結構存儲
核心特性
Redis 不僅僅是快取系統，更是一個強大的記憶體資料庫：
- 豐富的資料結構：String、List、Set、Sorted Set、Hash、Bitmap、HyperLogLog
- 持久化支援：RDB 快照與 AOF 日誌
- 主從複製：自動資料同步
- 高可用性：Sentinel 與 Cluster 模式
- Pub/Sub 訊息：發布訂閱機制
- 交易支援：MULTI/EXEC 指令
- Lua 腳本：伺服器端原子操作
適用場景
- 即時排行榜（Sorted Set）
- 訊息佇列與發布訂閱
- 分散式鎖定
- 即時分析與計數
- 地理空間資料
- 需要持久化的快取
- 複雜的資料結構操作
程式碼範例
使用 Python 連接 Redis：
import redis
# 連接 ElastiCache Redis 叢集
r = redis.Redis(
host='my-redis.cache.amazonaws.com',
port=6379,
decode_responses=True
)
# String 操作
r.set('user:1001:name', 'Alice', ex=3600)
name = r.get('user:1001:name')
# Hash 操作（儲存物件）
r.hset('user:1001', mapping={
'name': 'Alice',
'email': 'alice@example.com',
'age': 28
})
user_data = r.hgetall('user:1001')
# List 操作（訊息佇列）
r.lpush('task_queue', 'task1', 'task2', 'task3')
task = r.rpop('task_queue')
# Sorted Set 操作（排行榜）
r.zadd('leaderboard', {'player1': 1000, 'player2': 950, 'player3': 1200})
top_players = r.zrevrange('leaderboard', 0, 9, withscores=True)
Memcached vs Redis 核心比較
| 比較項目 | Memcached | Redis |
|---|---|---|
| 資料結構 | 僅支援字串 | String, List, Set, Hash, Sorted Set 等 |
| 持久化 | ❌ 不支援 | ✅ RDB + AOF |
| 複製 | ❌ 不支援 | ✅ 主從複製 |
| 高可用性 | 需手動處理 | ✅ Sentinel / Cluster |
| 交易 | ❌ 不支援 | ✅ MULTI/EXEC |
| Pub/Sub | ❌ 不支援 | ✅ 支援 |
| 多執行緒 | ✅ 支援 | ❌ 單執行緒（命令執行） |
| 記憶體管理 | LRU 淘汰 | 多種淘汰策略 |
| 最大值大小 | 1 MB | 512 MB |
| 擴展方式 | 水平擴展（增加節點） | 垂直擴展 + 分片 |
效能比較
讀取效能
在純快取讀取場景下，兩者效能相近：
- Memcached：單一 GET 操作約 1-2ms（多執行緒優勢）
- Redis：單一 GET 操作約 1-3ms（單執行緒限制）
在高並發場景下，Memcached 的多執行緒架構能更好地利用多核心 CPU。
寫入效能
寫入效能取決於是否啟用持久化：
- Memcached：始終快速（無持久化）
- Redis（無持久化）：與 Memcached 相近
- Redis（啟用 AOF）：效能降低 10-30%
記憶體使用
Memcached 的記憶體使用效率稍高，因為沒有額外的資料結構開銷。Redis 需要額外記憶體儲存資料結構元資訊。
選擇指南
選擇 Memcached 的時機
當符合以下條件時，建議使用 Memcached：
- 需要簡單的鍵值對快取
- 不需要資料持久化
- 需要利用多核心 CPU
- 需要水平擴展到極大規模
- 快取項目大小較小（< 1MB）
- 對快取失效不敏感
選擇 Redis 的時機
當符合以下條件時，建議使用 Redis：
- 需要複雜的資料結構（List, Set, Sorted Set）
- 需要資料持久化
- 需要高可用性與自動故障轉移
- 需要主從複製
- 需要 Pub/Sub 訊息功能
- 需要交易支援
- 需要原子操作（Lua 腳本）
AWS ElastiCache 費用比較
以 us-east-1 區域為例（2024 年定價）：
| 節點類型 | Memcached 費用/小時 | Redis 費用/小時 |
|---|---|---|
| cache.t3.micro | $0.017 | $0.017 |
| cache.t3.medium | $0.068 | $0.068 |
| cache.r6g.large | $0.156 | $0.226 |
| cache.r6g.xlarge | $0.312 | $0.453 |
注意：Redis 費用較高是因為包含持久化、複製等進階功能。
最佳實踐
Memcached 最佳實踐
- 使用一致性雜湊避免快取雪崩
- 設定合適的記憶體限制與淘汰策略
- 監控快取命中率（建議 > 80%）
- 使用連線池減少連線開銷
- 定期檢查節點健康狀態
Redis 最佳實踐
- 根據場景選擇 RDB 或 AOF 持久化
- 使用 Redis Cluster 實現自動分片
- 啟用 Sentinel 提供高可用性
- 避免使用過大的鍵值（建議 < 10MB）
- 使用 Pipeline 批次操作減少延遲
- 監控記憶體使用與淘汰事件
常見問題
Q1: 可以同時使用 Memcached 和 Redis 嗎？
可以。許多大型應用會根據不同需求使用兩種快取：
- 使用 Memcached 快取簡單的查詢結果
- 使用 Redis 處理複雜的資料結構與排行榜
Q2: Redis 單執行緒會成為效能瓶頸嗎？
在大多數場景下不會。Redis 單執行緒指的是命令執行，其他操作（如網路 I/O）是多執行緒的。Redis 6.0 開始支援多執行緒 I/O，進一步提升效能。
Q3: 如何遷移 Memcached 到 Redis？
遷移步驟：
- 建立 Redis 叢集並配置與 Memcached 相同的容量
- 更新應用程式碼，支援雙寫模式（同時寫入兩者）
- 逐步將讀取流量切換到 Redis
- 驗證 Redis 快取命中率正常
- 停用 Memcached 叢集
Q4: ElastiCache 支援哪些版本？
- Memcached：1.4.5 ~ 1.6.x
- Redis：2.8.x ~ 7.x
建議使用最新穩定版本以獲得最佳效能與安全性。
總結
Memcached 和 Redis 各有優勢，選擇取決於應用需求：
選擇 Memcached 當您需要：
- 簡單、高速的鍵值快取
- 水平擴展到極大規模
- 充分利用多核心 CPU
選擇 Redis 當您需要：
- 複雜的資料結構與操作
- 資料持久化與高可用性
- Pub/Sub、交易等進階功能
AWS ElastiCache 讓兩種快取引擎都能輕鬆部署與管理，幫助您專注於構建高效能應用。