ほとんどの本番 Web サイトで頼りになるスケーリングソリューションであるにもかかわらず、Memcache が、その潜在能力を十分に発揮できる使われ方をしていない場面はよくあります。ほとんどの開発者は get​、set​、delete​ 操作のことしか理解していません。しかし Memcache には、より広範な一連の操作が用意されており、それらは開発者が、より高度なアプリを、より少ないコードで、パフォーマンスも向上させた上で構築するために役立ちます。

この記事では、一連の現実的なユースケースを通じて、さらに役立つ高度な Memcache 操作の概要を示し、アプリの実装とパフォーマンスにそれらの操作が及ぼす影響を示します。

前提条件

この記事は、次のものが用意されていることを前提としています。

• Heroku アカウント。無料ですぐにサインアップできます
• Heroku CLI​ がインストールされていること。
• Memcache の基本的な知識があること。

テスト環境

次の Rails アプリを Heroku にデプロイすることから始めます。 ​ソースコード​または

これにより、MemCachier アドオン とシンプルなコマンドラインを備えたサンドボックス環境が用意され、高度な Memcache 操作を自分自身で実行できるようになります。 説明を読むだけでなく実際にコマンドを入力してみると、コマンドの構文や機能の理解が深まります。

テストアプリのコピーが、ご使用の Heroku アカウントにデプロイされました。 新しいアプリの URL をメモしてください。これは http://serene-mesa-2821.herokuapp.com/​ のような形式で、serene-mesa-2821​ は Heroku 上のアプリケーションの名前です。この名前は、対話型シェルを確立するために必要です。

対話型シェル

ターミナルから heroku run console​ を実行し、アプリ名を指定して、Heroku で実行されているアプリのインスタンスに接続します。Memcache クライアントライブラリをロードし、基本的な set​ および get​ コマンドを実行して設定を確認します。

$ heroku run console -a app-name
irb> cache = Dalli::Client.new
irb> cache.set("foo", "bar")
=> true
irb> cache.get("foo")
=> "bar"

このガイドではこれ以降、このシェルが実行され、クライアントライブラリがロードされていることを前提に説明を進めます。

キャッシュの期限切れ

Memcache を使用するときの最大の課題は、キャッシュが古くなるのを回避しつつ、記述するコードのクリーンさを保つことです。ほとんどの開発者は、データを Memcache に保存し、変更があったときにデータを削除または更新します。この戦略は、アプリケーション全体が Memcache 関連のコードだらけになって早々に破綻する可能性があります。Rails では Sweepers​ によって この問題を解決できますが、他の言語やフレームワークには同様の代替策がありません。

コードの複雑さを回避するシンプルな戦略の 1 つは、有効期限を付けて Memcache にデータを書き込むことです。有効期限のあるデータは、期限が来ると自動的に期限切れになります。ほとんどのアプリケーションで、静的アセット、ヘッダー、フッター、ブログ投稿などの頻繁に変更されないコンテンツには、時間ベースのキャッシュ有効期限が効果的です。

サンドボックスシェルで、次のコマンドを実行して、10 秒後に期限切れになる値を設定します。

irb> cache.set("expires", "bar", ttl=10.seconds)
irb> cache.get("expires")
=> "bar"
.. wait 10 seconds ..
irb> cache.get("expires")
=> nil

特定のコンテンツを明示的に期限切れにするためにアクションが不要であることがわかります。ttl​ 値で指定された時間の経過後は、キーを get​ しても nil の結果が返されるだけです。

キャッシュのクリア

新しいキャッシュコードを記述する過程で、開発者がキャッシング戦略を何回となく変更することはよくあります。キャッシュ戦略の拙速な変更により、ダーティキャッシュが生成されてデバッグが困難になります。開発中にキャッシュ戦略を変更するたびに、flush​ コマンドを Memcache に発行して、すべての値のキャッシュをクリアするようにしてください。

サンドボックスコンソールで、次のコマンドを実行してフラッシュをテストします。

irb> cache.set("foo", "bar")
irb> cache.get("foo")
=> "bar"
irb> cache.flush
irb> cache.get("foo")
=> nil

flush​ は本番環境へのデプロイ時にも使用できます。ただし、アプリケーションがキャッシュフラッシュに対応できない場合があるので注意してください。キャッシュを多用する高トラフィックのアプリケーションでは、本番環境で flush​ を 発行しないか、キャッシングなしでも処理できる程度にトラフィックが少ないときにのみ発行することをお勧めします。

軽量カウンター

Memcache に保存される軽量のカウンターは、アプリで特定のイベントが発生する頻度を、アプリのパフォーマンスを低下させずに追跡するために役立ちます。カウンターはデバッグ、プロファイリング、使用状況追跡に使用できます。

たとえば、サードパーティの API に依存するアプリでは、サードパーティの API が利用不能になったり、正しくないデータを返したりする頻度を把握することが必要な場合があります。Memcache カウンターは、ページのロード時間にほとんど影響せず、データベースの負荷を増やすこともないため、理想的なソリューションです。

サンドボックスコンソールで、次のコマンドを実行して incr​ (インクリメント) と decr​ (デクリメント) をテストします。

irb> cache.incr("my_counter", 1, nil, 0)
irb> cache.get("my_counter")
=> "0"
irb> cache.incr("my_counter")
irb> cache.get("my_counter")
=> "1"
irb> cache.incr("my_counter", amt=5)
irb> cache.get("my_counter")
=> "6"
irb> cache.decr("my_counter")
irb> cache.get("my_counter")
=> "5"

incr​ および decr​ は、get​ と set​ による手動での変更よりも優先して使用してください。incr​ および decr​ はスレッドセーフであり、必要な TCP ラウンドトリップも少なくなるからです。incr​ の引数の説明は、Dalli のドキュメント​を参照してください。

リスト管理

Memcache に保存される単純なリストは、正規化されていない関係の管理に役立つことがあります。たとえば、e コマース Web サイトで、最近の購入の小さなテーブルを保存したい場合があります。シリアル化されたリストを Memcache に保持し、新しい購入が行われたときにリストを再計算する代わりに、append​ と prepend​ を使用して非正規化データを保存し、データベースクエリを回避することができます。

従来の set​ 操作を使用して顧客の最近の購入のリストを更新する代わりに、次のようにします。

cache.set("user_1_recent_purchases", Purchases.recent)

prepend​ は新しいデータにしか使用できませんが、効果は同じです。

cache.prepend("user_1_recent_purchases", product.name + "||")

このアプローチにより、Memcache のフットプリントが削減され、ユーザーの最近の購入をすべて取得するデータベースクエリが回避されます。

サンドボックスコンソールで、次のコマンドを実行して append​ と prepend​ をテストします。

irb> cache.set("my_list", "foo", ttl=0, options={:raw => true})
irb> cache.get("my_list")
=> "foo"
irb> cache.prepend("my_list", "bar||")
irb> cache.get("my_list")
=> "bar||foo"
irb> cache.append("my_list", "||baz")
irb> cache.get("my_list")
=> "bar||foo||baz"

append​ と prepend​ はスレッドセーフなため、get​ と set​ による手動での変更よりも優先して append​ と prepend​ を使用してください。

スレッドセーフセット

Memcache に保存される単純な JSON ハッシュは、頻繁にアクセスされる設定の管理に役立ちます。たとえば Web サイトで、どの機能が現在有効になっているかや、どの AB テストが実行中であるかを追跡することが必要な場合があります。多くの場合、都合の良いことに、これらの設定は JSON ハッシュにまとめて保存されます。

ハッシュは順序付けがされないため、append​ と prepend​ は JSON ハッシュには使用しません。また、JSON ハッシュに対する 2 つの変更を同時に行うと片方の変更が失われる場合があるため、set​ は危険です。

cas​ 演算子を使用した比較とスワップでは、元の値を新しい値と比較し、古い値が別のライターによって変更されていない場合にのみ値を入れ替えます。言い換えれば、cas​ はスレッドセーフな set​ です。

サンドボックスコンソールで、次のコマンドを実行して cas​ をテストします。

irb> cache.set("my_json", "{}")
irb> cache.get("my_json")
=> "{}"
irb> cache.cas("my_json") { {key: "val"}.to_json }
irb> cache.get("my_json")
=> "{\"key\":\"val\"}"

リファレンス

次に示すのは、この記事で扱った Memcache の各操作のクイックリファレンスです。API はクライアントおよび言語ごとに異なるため、API の詳細は示していません。