キャッシュ機能でアプリの高速化を実現！ Amazon ElastiCache をグラレコで解説

ElastiCache は、高速なデータアクセスを実現し、アプリケーションのパフォーマンス向上に貢献するサービスです。頻繁にアクセスされるデータをキャッシュに保存することで、データベースやバックエンドシステムへの負荷を軽減し、データアクセスへの迅速なレスポンスが可能です。ElastiCache では、シンプルかつ高速な Memcached と、柔軟なデータ構造や豊富な機能を持つ Redis という 2 つの主要なオープンソースのキャッシュエンジンをサポートし、要件に応じて自由に選ぶことができます。

本記事では、ElastiCache の主な機能や特徴を以下の項目に分けてご説明します。

• インメモリキャッシュサービス
• Memcached と Redis
• 主なユースケース
• 分散キャッシュシステム
• オンラインクラスターのサイズ変更
• クラスターモード
• セキュリティ
• ElastiCache の料金体系

それでは、項目ごとに詳しく見ていきましょう。

ElastiCache は、高いパフォーマンスとスケーラビリティが求められるモダンなアプリケーションの構築において重要な役割を果たします。

AWS を利用してモダンなアプリケーションを構築する際には、いくつか重要な要素があります。例えばロードバランサーを使用した負荷分散と可用性向上や、サーバーレスアプリケーションまたは外部サービスとの疎結合により、柔軟性や拡張性を確保することも重要です。さらに、システムの要件に適したデータベースの選定と、高いセキュリティの確保やモニタリング、ログ管理なども欠かせません。加えて、ElastiCache による高速なデータアクセスやバックエンドシステムの負荷低減は、モダンなアプリケーションを構築する上で非常に有効な選択肢となります。

その他 ElastiCache の特徴について詳しくは、「Amazon ElastiCache の特徴」をご覧ください。

ElastiCache は、Memcached と Redis の 2 つのキャッシュエンジンをサポートしています。どちらも高速で柔軟なオープンソースのキーバリューストア型のキャッシュエンジンです。ユーザーは要件に応じて ElastiCache for Memcached または ElastiCache for Redis を選択することができます。

Memcached と Redis の特徴と違いは以下のとおりです。

Memcached と Redis の機能と特徴について詳しくは、「Memcached と Redis の比較」をご覧ください。

ElastiCache を利用したデータキャッシュの仕組みは、クライアント、アプリケーション、キャッシュ、およびデータベース間でのリクエストとレスポンスを効率化する目的で構築されます。ここでは、具体例として特定のユーザー情報の取得を通じて、データキャッシュのワークフローを説明します。

アプリケーションは、クライアントからのリクエストを受け取ると、まずキャッシュに必要なデータが既に存在するかどうかを確認します。キャッシュに目的のデータが存在しない場合に限り、データベースへのクエリを実行するため、データベースへの頻繁なアクセスを避けながらキャッシュから効率的に必要なデータを取得することができます。

このようなワークフローでキャッシュを活用することで、高速なデータアクセスとデータベースへの負荷軽減が実現されます。アプリケーションはクライアントのリクエストに対し、キャッシュとデータベースを効果的に活用し、ユーザー情報を迅速に取得できるようになります。

ElastiCache を使ったキャッシング戦略について詳しくは、「キャッシング戦略とベストプラクティス」をご覧ください。

ElastiCache for Redis の豊富なデータ構造や機能を使うことで、さまざまなユースケースに活用できます。以下は、特に人気のあるユースケースの例です。

• リコメンド：
  Redis の INCR (インクリメント) と DECR (デクリメント) コマンドは、数値の増減をサポートする機能です。INCR/DECR コマンドを使って、ユーザーの行動や評価に基づいたリコメンド機能を実装することができます。例えば、商品の評価やクリック回数をカウントし、その結果に基づいて関連商品をリコメンドすることができます。
  
  
• チャット：
  Redis の Pub/Sub 機能は、パブリッシャーとサブスクライバーのモデルを使用してメッセージングシステムを実現する機能です。Pub/Sub 機能で、リアルタイムなチャットアプリケーションを構築することができます。ユーザーがメッセージを送信すると、パブリッシャーはメッセージを特定のチャンネルに送信し、サブスクライバーはそのチャンネルを購読してメッセージを受信します。

その他の一般的なユースケースについては、「ElastiCache の一般的なユースケースおよび ElastiCache がどのように役立つか」をご覧ください。

ElastiCache は、Consistent Hashing (整合性のあるハッシュ機能) というアルゴリズムを使用して、データを複数のキャッシュノードに効率的に分散し、各ノードへの負荷を軽減します。

キャッシュノードの増減の仕組みは、使用される ElastiCache のエンジンにより異なります。ElastiCache for Memcached を使用する場合、キャッシュノードの増減はクライアント側で Consistent Hashing アルゴリズムを使って任意に行われます。一方、ElastiCache for Redis を使用する場合、ElastiCache がハッシュスロットを自動管理し、キャッシュノードの増減はそのハッシュスロットの配置に基づいて行われます。

Consistent Hashing は特定のハッシング方式で、キャッシュノードの増減によって生じるデータの再配置を最小限に抑えます。このアルゴリズムはキーをハッシュリング上に均等に分布させ、データがそのリング上の最も近いノードに保存されるようにします。キャッシュノードが追加または削除された場合でも、リング上の他の位置にあるキーのハッシュは影響を受けません。これにより、全体の再ハッシュを必要とせず、データの一貫性を保ちつつ、各ノードへの負荷を軽減します。

ElastiCache の負荷分散について詳しくは、「効率的な負荷分散のための ElastiCache クライアントの設定」をご覧ください。

ElastiCache for Redis のオンラインクラスターリサイズ機能により、管理者は手動で実行中の Redis クラスターのサイズを柔軟に拡張または縮小することが可能となります。これにより、クラスターサイズの適切な調整、高可用性の維持、そしてリソースの最適化が実現します。

オンラインクラスターリサイズ機能により、需要に合わせて必要なリソースを適切に割り当てることが可能となります。クラスターサイズとそれに伴うスロットやノードの数を調整することで、不要なリソースの浪費を防ぎ、効率的なリソースの利用によりスケーラビリティとコストパフォーマンスの両方を実現することができます。

ElastiCache のオンラインクラスターのサイズ変更について詳しくは、「ベストプラクティス: オンラインクラスターのサイズ変更」をご覧ください。

ElastiCache for Redis のクラスターモードは、Redis データベースを複数のノードに分散することで、パフォーマンス、可用性、スケーラビリティを向上させる機能です。クラスターモードを有効にすると、データを複数のノードで分散管理し、データベースの負荷を均等に分散させることができます。また、ノードの追加や削除による拡張性を実現することもできます。

ElastiCache for Redis のクラスターは定期的にポイントインタイムのスナップショットを作成し、Amazon S3 にデータをバックアップします。バックアップを使用して、クラスターを復元したり、新しいクラスターをシードしたりできます。スナップショット機能により、データを保護し、予期しないデータの損失を防ぐことができます。

ElastiCache for Redis のクラスターについて詳しくは、「クラスターの管理」をご覧ください。

ElastiCache は、他の AWS サービスと同様にセキュリティを最優先事項としています。主にネットワークレベルでのセキュリティと、データの暗号化によって、データをセキュリティ上の脅威から保護します。

ElastiCacheは、データを保護するために「保存時の暗号化」と「転送時の暗号化」を行います。

• 保存時の暗号化：
  保存時の暗号化では、データが保存される際に暗号化されます。これにより、データが外部から見られたり盗まれたりする心配がありません。ElastiCache では、AES-256 という強力な暗号化方式を使用してデータを保護しています。
  
• 転送時の暗号化：
  転送時の暗号化では、データが送受信されるときに暗号化されます。これにより、データがネットワーク上で盗聴されたり改ざんされたりすることを防ぎます。ElastiCache では、SSL/TLS プロトコルを使用して、データの安全な転送を実現しています。

その他、ElastiCache のセキュリティについて詳しくは、「Amazon ElastiCache でのセキュリティ」をご覧ください。

ElastiCache は使用したリソースに基づいて課金され、最低料金はありません。料金は選択したノードタイプ、ノード数、料金モデルによって 1 時間ごとに算出されます。

VPC ピアリングやデータ転送など、追加機能の使用に応じて追加料金が発生します。AWSのリザーブドインスタンスを適用すれば、料金割引を受けることができます。

ElastiCache の利用料金について詳しくは、「Amazon ElastiCache の料金」をご覧ください。

最後に、本記事で紹介した機能の全体図を見てみましょう。