Qu'est-ce qu'une base de données en mémoire ?

Aperçu des bases de données en mémoire

Qu'est-ce qu'une base de données en mémoire ? Les bases de données en mémoire sont des systèmes de stockage de données à grande vitesse qui conservent toutes les données dans la mémoire principale de l'ordinateur (appelée mémoire vive ou RAM), ce qui accélère la récupération et le traitement des données. Cette technologie est idéale pour les applications qui nécessitent des réponses en temps réel, comme les transactions financières, les systèmes de télécommunication et les jeux en ligne. Toutefois, en raison de la nature volatile de la RAM, ces bases de données peuvent utiliser la réplication des données pour éviter la perte de données. Bien que le stockage des données en mémoire puisse être plus coûteux que le stockage traditionnel sur disque, la disponibilité croissante d'une mémoire vive abordable et la valeur de la vitesse dans de nombreuses applications modernes font des bases de données en mémoire un outil précieux pour de nombreux projets.

• Comment fonctionne une base de données en mémoire ?
• Pourquoi utiliser une base de données en mémoire ?
• Avantages et inconvénients des bases de données en mémoire
• Comparaison des bases de données en mémoire
• La base de données en mémoire de Couchbase

Comment fonctionne une base de données en mémoire ?

Une base de données en mémoire utilise un mélange de gestion du stockage, de traitement des données et de mécanismes de sécurité tels que la réplication pour offrir des vitesses de traitement des données accrues. Voici une explication simplifiée des principales caractéristiques :

• Stockage des données: Contrairement aux bases de données traditionnelles, une IMDB stocke toutes ses données dans la mémoire vive de l'ordinateur. Cela permet un accès plus rapide que l'extraction des données d'un disque dur ou d'un SSD.
• Traitement des données: Toutes les données étant disponibles en mémoire, les IMDB peuvent traiter des opérations et exécuter des requêtes directement dans la mémoire. Cela réduit considérablement le temps de latence, ce qui rend les IMDB parfaits pour les applications qui nécessitent des réponses en temps réel.
• Persistance des données: Les IMDB peuvent utiliser diverses stratégies de durabilité des données pour atténuer la nature volatile de la mémoire vive. Les techniques comprennent la conservation d'une sauvegarde des données sur disque ou l'utilisation de la réplication pour dupliquer les données sur plusieurs nœuds.

Pourquoi utiliser une base de données en mémoire ?

Les bases de données en mémoire accélèrent l'accès aux données et leur traitement, ce qui améliore considérablement les performances de vos applications. En stockant les données dans la mémoire principale de l'ordinateur, les bases de données en mémoire permettent des réponses plus rapides et en temps réel.

Caractéristiques des bases de données en mémoire

Les bases de données en mémoire sont dotées de plusieurs caractéristiques qui les distinguent des bases de données traditionnelles, plus gourmandes en disques :

• Vitesse: La caractéristique la plus importante des IMDB est leur rapidité. En conservant toutes les données dans la mémoire principale du système, les temps d'accès et de traitement des données sont considérablement réduits, ce qui se traduit par des réponses à très faible latence.
• Traitement en temps réel: En raison de leur vitesse de traitement élevée, les IMDB sont idéales pour les applications qui nécessitent des réponses en temps réel ou quasi réel.
• Persistance des données: Outre le stockage des données en mémoire, certains IMDB disposent de fonctions permettant d'assurer la persistance et la récupération des données. Ces fonctions comprennent les écritures asynchrones sur disque, les instantanés et les sauvegardes sur disque.
• Compression: Les IMDB prennent souvent en charge la compression des données afin de réduire l'empreinte mémoire et d'optimiser le stockage.
• Évolutivité: Les IMDB peuvent être mis à l'échelle (en ajoutant plus de RAM) ou mis à l'échelle (en les répartissant sur plusieurs systèmes) pour traiter de grands volumes de données.

Cas d'utilisation et exemples en mémoire

Les bases de données en mémoire sont largement utilisées dans divers secteurs et applications en raison de leurs capacités de traitement des données à grande vitesse. Les cas d'utilisation les plus courants sont les suivants :

• Recommandation et personnalisation en temps réel: L'un des principaux cas d'utilisation des IMDB est l'analyse en temps réel. Les entreprises de secteurs tels que la finance, le commerce de détail et les télécommunications utilisent les IMDB pour analyser de grands flux de données en temps réel. Par exemple, les institutions financières peuvent les utiliser pour détecter les fraudes en temps réel, tandis que les détaillants les utilisent pour la personnalisation et les recommandations en temps réel. Wells Fargopar exemple, a construit son système de surveillance des fraudes en utilisant la base de données en mémoire de Couchbase. Ce système protège 100% de transactions en temps réel à une vitesse inférieure à 10 millisecondes par opération, soit 9 000 lectures et écritures par seconde.
• Mise en cache: Les IMDB sont couramment utilisées pour la mise en cache des données, les données fréquemment consultées étant stockées en mémoire pour être rapidement retrouvées. Cette fonction est particulièrement utile pour les applications web à fort trafic, où la rapidité de diffusion du contenu est essentielle à une bonne expérience utilisateur. En voici un exemple, LinkedIn a adopté Couchbase comme solution de mise en cache pour son magasin de données source de vérité, et Couchbase prend désormais en charge plus de 50 cas d'utilisation dans l'ensemble de l'entreprise.
• Stockage de la session: Les IMDB sont souvent utilisées pour la gestion des sessions dans les applications web, où elles stockent des données telles que les profils des utilisateurs ou les informations relatives au panier d'achat, afin de permettre une expérience rapide et transparente pour l'utilisateur. Cisco a migré vers Couchbase pour bénéficier d'une faible latence fiable et de temps de réponse constants, et utilise désormais Couchbase pour gérer plus de 100 milliards de sessions d'utilisateurs par an.
• Télécommunications: Dans le secteur des télécommunications, les IMDB gèrent l'acheminement des appels et la gestion des sessions, maintiennent les profils des clients et traitent en temps réel de grands volumes d'enregistrements détaillés des appels. Vodafone utilise Couchbase pour gérer et personnaliser des millions de communications à travers différents canaux pour plus de 17 millions de clients. Couchbase offre la sécurité des données ainsi que l'évolutivité nécessaire pour s'étendre à la demande.
• Outils de collaboration: Des outils de collaboration en temps réel tels que Bublup utilisent les IMDB pour gérer et synchroniser simultanément les modifications dans les applications mobiles et web pour plusieurs utilisateurs.

Quels sont les avantages et les inconvénients des bases de données en mémoire ?

Les bases de données en mémoire présentent un ensemble unique d'avantages et d'inconvénients qui peuvent avoir un impact significatif sur vos stratégies de gestion des données. Voici les principaux avantages et inconvénients à prendre en compte :

Avantages

• Vitesse: Les données IMDB étant stockées dans la mémoire vive, elles sont accessibles beaucoup plus rapidement que les données stockées sur disque. Les réponses aux requêtes et les temps de transaction sont donc plus rapides, ce qui fait des IMDB un excellent choix pour les applications qui nécessitent un traitement des données en temps réel.
• Évolutivité: Les IMDB peuvent s'adapter plus facilement à la gestion de grands volumes de données. Ils peuvent faire bon usage de la quantité croissante de mémoire disponible sur le matériel moderne.
• Fiabilité: Bien que les données soient stockées en mémoire, les IMDB peuvent toujours offrir la durabilité et la fiabilité des données. Des techniques telles que la réplication, la persistance et l'enregistrement des transactions permettent de se prémunir contre la perte de données.

Inconvénients

• Coût: La mémoire vive est plus coûteuse que le stockage sur disque, de sorte que la conservation de grandes quantités de données en mémoire peut s'avérer onéreuse, en particulier pour les très grandes bases de données. Lorsque seule une fraction de vos données globales doit être stockée en mémoire vive, un moteur de stockage tel que Couchbase Magma peut fournir un accès rapide à de grandes quantités de données stockées sur le disque.
• Volatilité: La mémoire vive est volatile, ce qui signifie qu'en cas de coupure de courant, les données sont perdues. Cependant, la plupart des IMDB disposent de mécanismes de persistance des données sur disque ou de réplication sur le réseau afin d'éviter les pertes de données. Couchbase propose à ses clients plusieurs options de réplication et de persistance.
• Limitations matérielles: Bien que les tailles de mémoire augmentent, il existe toujours une limite finie à la quantité de mémoire qu'un système individuel peut avoir. Vous pouvez facilement dépasser les limites d'un système unique en utilisant la fonction mise à l'échelle horizontale comme celle fournie par Couchbase Capella™ DBaaS.

Comparaison des bases de données en mémoire

La base de données en mémoire de Couchbase

Les technologies de mise en cache distribuées, hautement disponibles et en mémoire de Couchbase permettent d'obtenir des réponses à grande vitesse, même en cas de volumes importants. Le dernier développement en mémoire dans l'écosystème Couchbase est l'introduction de la technologie prise en charge des buckets à mémoire seule dans Couchbase Capella Database-as-a-Service (DBaaS). Capella a toujours pris en charge la mise en cache avec un stockage en mémoire à grande vitesse, en persistant simultanément les données sur le disque pour éviter les pertes de données (cette méthode reste la méthode par défaut). (L'introduction des buckets à mémoire seule permet aux clients d'opter pour un stockage des données uniquement en mémoire cache, sans écriture sur le disque.

CouchStore l'architecture de la mémoire d'abord: L'option mémoire seule renonce aux parties disque et file d'attente du disque de l'architecture pour améliorer les performances.

La fonction de mémoire seule de Capella est un complément utile pour les applications qui nécessitent une mise en cache. Les données transitoires ou éphémères, qui n'ont pas nécessairement besoin de persister en permanence sur le disque, peuvent désormais être gérées plus efficacement. Cette fonction peut améliorer les performances de l'application en réduisant les déplacements de données sur le disque, tandis que la flexibilité de la gestion des données peut réduire les coûts liés au disque.

Les données uniquement en mémoire sont très utiles dans les scénarios à fort trafic dans lesquels les données préchargées dans le cache peuvent rapidement répondre aux pics d'utilisation. Les exemples de cas d'utilisation des bases de données en mémoire sont les suivants :

• Gestion des sessions pour les applications web
• Amélioration des performances grâce aux mécanismes de mise en cache
• Gestion des informations anonymes
• Renforcer la sécurité et la vie privée en limitant l'exposition aux données sensibles

Avec Capella, les utilisateurs peuvent définir un godet comme étant uniquement en mémoire lors de sa création. Au sein d'une même base de données, les buckets "mémoire seule" et "mémoire et disque" peuvent être utilisés côte à côte pour différents cas d'utilisation. Cette capacité fait de Capella un un choix à l'épreuve du temps pour les besoins de la mise en cache, car il peut facilement s'étendre pour englober des cas d'utilisation plus avancés au fur et à mesure qu'ils se présentent.

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