Redisの仕組み — 商品価格を「手元の控え」から返す

ひよこ

Redisって、どういう場面で使うものなの？

ペンギン先生

例えば通販の商品価格を何度も読むとき、データベースから毎回取らず、Redisに置いた「手元の控え」から返せるよ。まずはキャッシュとしての使い方を見ると分かりやすいんだ。

ひよこ

普通のデータベースと何が違うの？

ペンギン先生

Redisは主にメモリ上でデータを扱う、データ構造のサーバーだよ。文字列だけでなく、HashやListなどを用途に合わせて選べる。ほかのデータベースもメモリを利用するので、「Redisだけがメモリを使う」わけではないんだ。

ひよこ

控えに値がなかったらどうする？

ペンギン先生

キャッシュアサイドという使い方では、アプリが元のデータベースを読み、結果をRedisへ入れる。次の読み取りで値が残っていれば、その控えを使うんだ。取りに行く相手を決めるのはアプリ側だよ。

ひよこ

価格を変えたら、控えも自動で変わる？

ペンギン先生

自動では変わらないよ。元の価格が120円から150円になっても、Redisに120が残っていれば古い値を返す。更新時に控えを消す、書き換えるなどの設計が必要だね。

ひよこ

TTLで期限を付ければ解決する？

ペンギン先生

期限を過ぎた値を使わないようにできるけど、期限内は古い値を返すことがあるよ。TTLは保存したキーの期限で、元のDBの変更を監視する機能ではないんだ。価格や在庫では、どこまで古さを許せるかも考えよう。

ひよこ

メモリがいっぱいになったら？

ペンギン先生

maxmemoryと追い出し方の設定を確認するよ。古い値などを追い出す方針も、書き込みをエラーにする方針もある。キャッシュが消えても元データから作り直せるか、同時にDBへ負荷が集中しないかが大事だね。

ひよこ

再起動したら全部消えるの？

ペンギン先生

永続化の設定次第だよ。RDBはある時点の保存、AOFは書き込み操作の記録。設定や障害のタイミングで失う更新があり、保存しているから常に損失ゼロとは言えないんだ。必要な復旧方法も決めよう。

ひよこ

通知やランキングにも使えるって聞いたよ。

ペンギン先生

ランキングならSorted Set、通知ならPub/Subなどを選べるよ。ただしPub/Subは切断中の通知を後から届け直す仕組みではない。履歴や再処理が必要ならStreamsなどを検討する。用途ごとの保証を確かめようね。

まずは、120円の「控え」が残る場面を見る

通販で、りんごの価格を読むとします。元データベースが正しい価格を管理し、Redisは読み取り用の控えを持つ、という例です。

値がある状態をキャッシュヒット、ない状態をキャッシュミスと呼びます。Redisが元データの変更を自動で知るわけではありません。キャッシュを加えると、「速く返す経路」と一緒に「古い控えをどう扱うか」も設計することになります。

キーと期限を小さく試す

自分専用の練習用Redisとredis-cliが既にある場合の例です。共有・本番のRedisで試さず、接続先と、以下のキーが未使用であることを確認してください。導入から試すならRedis入門へ進めます。

SET hiyopen:demo:price 120 EX 60
GET hiyopen:demo:price
TTL hiyopen:demo:price
DEL hiyopen:demo:price
GET hiyopen:demo:price

最初のSETは、値120と有効期間60秒を一緒に指定します。期限前ならGETで"120"を読めます。TTLは残り秒数を返しますが、操作中に時間が進むため必ず60にはなりません。DELでこのキーだけを削除した後は、GETは値なしになります。redis-cliでは通常(nil)と表示されます。

60秒は仕組みを見るための値です。実サービスに適した期限は、更新頻度や許される古さ、DBの負荷で決めます。更新処理と読み取りが同時に走ると、削除した直後に古い読み取り結果を再保存する競合もあり、TTLだけで整合性を保証できません。

もう少し詳しく：型・容量・復旧を分けて考える

文字列は価格や短い値、Hashは項目を持つデータ、Listは順序のある並び、Setは重複しない集合、Sorted Setはスコア付きの並びなどに使えます。Redisの機能はこの5種類だけに限らず、使うバージョンのデータ型一覧も確認しましょう。

メモリの上限に達したときは、追い出し方の設定が効きます。noevictionでは新しいデータを書き込む一部のコマンドがエラーになります。期限切れで消えることと、容量の都合で消えることは別です。消えた値を取り直す設計と、エラー時の扱いを用意します。

RDBとAOFは再起動からの復旧を支援しますが、バックアップの代わりになるとは限りません。保存頻度やAOFのfsync方針、ファイルの保管先によって耐えられる障害が違います。Pub/SubとStreamsも同一ではなく、Pub/Subは通知を受け損なうと失われます。Streamsを使っても、再処理で同じ業務を二重に行わない設計は必要です。

導入時はバージョンとライセンスも確認

Redis 7.2以前はBSD-3-Clause、7.4はRSALv2またはSSPLv1、8以降はAGPLv3を含む3つの選択肢があります。提供形態・変更の有無・利用方法に応じて、実際に採用する版の条件を確認してください。マネージド製品の契約条件も同一とは限りません。

覚え方と次の一歩

「Redis」って出てきたら「よく使う値を手元に置く、メモリのデータ置き場」と思えばだいたいOK！ キャッシュは元データと控えの違いを意識しましょう。

次はRedis入門でキーを試し、RedisとMemcachedの比較で必要な機能を整理できます。

参考資料

• Redis：Data types — 文字列・Hash・List・Set・Sorted Setなどのデータ型

• Redis：SET — 値とEXによる有効期間の指定

• Redis：EXPIRE — キーの期限と期限後の削除

• Redis：Key eviction — 容量上限とnoevictionなどの方針

• Redis：Persistence — RDB・AOFと復旧の限界

• Redis：Pub/Sub — at-most-onceの通知とStreamsとの違い

• Redis：Licenses — 版によるライセンスの違い

• Redis：TTL — 残り秒数と値がない場合の返り値

• Redis：DEL — 指定したキーの削除