{"id":84755,"date":"2020-06-10T13:43:01","date_gmt":"2020-06-10T11:43:01","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/in-memory-arhitektura-dlya-veb-servisov-osnovy-tehnologii-i-princzipy"},"modified":"2020-06-10T13:43:01","modified_gmt":"2020-06-10T11:43:01","slug":"in-memory-arhitektura-dlya-veb-servisov-osnovy-tehnologii-i-princzipy","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/in-memory-arhitektura-dlya-veb-servisov-osnovy-tehnologii-i-princzipy","title":{"rendered":"In-Memory-Architektur f\u00fcr Webdienste: Grundlagen der Technologie und Prinzipien","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p>In-Memory \u2014 ein Konzept zur Datenspeicherung, bei dem Daten im Arbeitsspeicher der Anwendung gespeichert werden und die Festplatte f\u00fcr Backups verwendet wird. In traditionellen Ans\u00e4tzen werden Daten auf der Festplatte gespeichert, w\u00e4hrend der Arbeitsspeicher als Cache dient. Beispielsweise fragt eine Web-Anwendung mit einem Backend zur Datenverarbeitung im Speicher nach Daten: sie erh\u00e4lt sie, transformiert sie und \u00fcbertr\u00e4gt eine gro\u00dfe Menge an Daten \u00fcber das Netzwerk. Bei In-Memory-Berechnungen werden die Anfragen direkt an die Daten im Speicher geschickt, wo sie verarbeitet werden und die Netzwerkbelastung geringer ist.<\/p>\n<p><center><div class=\"youtube-placeholder\" data-id=\"NRMFcnROTA0\" onclick=\"loadVideo(this)\">\r\n        <img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/img.youtube.com\/vi\/NRMFcnROTA0\/hqdefault.jpg\" alt=\"Video abspielen\" loading=\"lazy\" width=\"480\" height=\"360\" style=\"width:100%;height:auto;\">\r\n        <div class=\"play-button\"><\/div>\r\n    <\/div><\/center>Dank seiner Architektur ist In-Memory vielfach schneller beim Zugriff auf Daten, manchmal sogar um mehrere Gr\u00f6\u00dfenordnungen. Beispielsweise m\u00f6chten Bankanalysten in einer Analyseanwendung den Bericht \u00fcber die vergebenen Kredite im Zeitverlauf des vergangenen Jahres einsehen. Dieser Prozess w\u00fcrde bei einer herk\u00f6mmlichen Datenbank Minuten in Anspruch nehmen, w\u00e4hrend er mit In-Memory nahezu sofort verf\u00fcgbar ist. Das liegt daran, dass dieser Ansatz es erm\u00f6glicht, deutlich mehr Informationen zwischenzuspeichern, die dann im Arbeitsspeicher \"griffbereit\" liegen. Die Anwendung muss keine Daten von der Festplatte anfordern, deren Verf\u00fcgbarkeit durch die Geschwindigkeit des Netzwerks und der Festplatte begrenzt ist.<\/p>\n<p>Welche weiteren M\u00f6glichkeiten bietet In-Memory und was genau ist dieser Ansatz, wird <b>Wladimir Pligin<\/b> \u2014 Ingenieur bei GridGain. Dieses \u00dcbersichtsmaterial ist f\u00fcr Backend-Entwickler von Webanwendungen n\u00fctzlich, die noch nicht mit In-Memory gearbeitet haben und es ausprobieren m\u00f6chten oder an modernen Trends in der Softwareentwicklung und Architekturdesign interessiert sind.<\/p>\n<p><b>Hinweis<\/b>. Der Artikel basiert auf der Zusammenfassung des Vortrags von Wladimir auf der Konferenz #GetIT Conf. Vor der Einf\u00fchrung der Selbstisolation haben wir regelm\u00e4\u00dfig Meetups und Konferenzen f\u00fcr Entwickler in Moskau und St. Petersburg organisiert: Wir haben Trends, aktuelle Fragen der Entwicklung, Probleme und deren L\u00f6sungen diskutiert. Jetzt k\u00f6nnen keine Konferenzen stattfinden, aber es ist der perfekte Zeitpunkt, um n\u00fctzliche Materialien aus der Vergangenheit zu teilen.<br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><\/p>\n<h2>Wer und wie nutzt In-Memory<\/h2>\n<p>\nIn-Memory wird h\u00e4ufig dort eingesetzt, wo eine schnelle Interaktion mit dem Nutzer oder die Verarbeitung gro\u00dfer Datenmengen erforderlich ist.<\/p>\n<ul>\n<li><b>Banken<\/b> nutzen In-Memory, um beispielsweise die Latenzzeiten bei der Nutzung von Anwendungen durch Kunden zu verringern oder um Analysen der Kunden vor der Kreditvergabe durchzuf\u00fchren.\n<\/li>\n<li><b>Fintech<\/b> setzt In-Memory ein, um die Leistung von Dienstleistungen und Anwendungen f\u00fcr Banken zu verbessern, die die Datenverarbeitung und -analyse outsourcen.\u00a0\n<\/li>\n<li><b>Versicherungsunternehmen<\/b>: zur Risikobewertung, indem beispielsweise die Daten eines Kunden \u00fcber mehrere Jahre analysiert werden.\n<\/li>\n<li><b>Logistikunternehmen<\/b>. Sie verarbeiten gro\u00dfe Datenmengen, um etwa die optimalen Routen f\u00fcr Fracht- und Passagiertransporte unter Ber\u00fccksichtigung tausender Parameter zu berechnen und den Status von Sendungen zu verfolgen.\n<\/li>\n<li><b>Einzelhandel<\/b>. In-Memory-L\u00f6sungen helfen, die Kunden schneller zu bedienen und gro\u00dfe Informationsmengen zu verarbeiten: Lieferungen, Rechnungen, Transaktionen, Verf\u00fcgbarkeit tausender Produkte in Lagern und die Erstellung von Analyseberichten.\n<\/li>\n<li>In <b>IoT<\/b> In-Memory ersetzt traditionelle Datenbanken.\n<\/li>\n<li><b>Pharmazeutische<\/b> Unternehmen nutzen In-Memory beispielsweise zur Durchprobierung von Kombinationen in der Arzneimittelzusammensetzung.\u00a0\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nIch werde Ihnen einige Beispiele geben, wie unsere Kunden In-Memory-L\u00f6sungen nutzen und wie Sie diese auch in Ihrem Unternehmen implementieren k\u00f6nnen.<\/p>\n<h3>In-Memory als prim\u00e4rer Speicher<\/h3>\n<p>\nEiner unserer Kunden ist ein gro\u00dfer Anbieter medizinischer wissenschaftlicher Ger\u00e4te aus den USA. Sie nutzen eine In-Memory-L\u00f6sung als prim\u00e4ren Datenspeicher. Alle Daten werden auf einer Festplatte gespeichert, w\u00e4hrend eine Teilmenge der aktiven Daten im Arbeitsspeicher gehalten wird. Die Zugriffsweisen auf den Speicher sind standardm\u00e4\u00dfig: GDBC (Generic Database Connector) und SQL-Abfragesprache.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"In-Memory-Architektur f\u00fcr Webdienste: Grundlagen der Technologie und Prinzipien\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/b6dbb963d2157a7588199fe85ab78e11.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nAlles zusammen wird als In-Memory-Datenbank (IMDB) oder speicherzentrierte Speicherung bezeichnet. Diese Klasse von L\u00f6sungen hat viele Namen, das sind nicht die einzigen.\u00a0<\/p>\n<p>Eigenschaften von IMDB:<\/p>\n<ul>\n<li>Die Daten, die in In-Memory gespeichert sind und \u00fcber SQL zug\u00e4nglich sind, sind die gleichen wie in anderen Ans\u00e4tzen. Sie sind synchronisiert, der einzige Unterschied besteht in der Art der Darstellung und dem Zugriff darauf. Zwischen den Daten besteht Transaktionsf\u00e4higkeit.\n<\/li>\n<\/ul>\n<p><\/p>\n<ul>\n<li>IMDB sind schneller als relationale Datenbanken, da der Zugriff auf Informationen aus dem Arbeitsspeicher schneller ist als von der Festplatte.\u00a0\n<\/li>\n<li>Die internen Optimierungsalgorithmen haben weniger Anweisungen.\n<\/li>\n<li>IMDB eignen sich zur Verwaltung von Daten, Ereignissen und Transaktionen in Anwendungen.\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nIMDB unterst\u00fctzen teilweise ACID: Atomarit\u00e4t, Konsistenz und Isolation. Sie unterst\u00fctzen jedoch nicht die \u201eDauerhaftigkeit\u201c \u2013 bei einem Stromausfall gehen alle Daten verloren. Um dieses Problem zu l\u00f6sen, k\u00f6nnen Snapshots verwendet werden \u2013 ein \u201eSnapshot\u201c der Datenbank, \u00e4hnlich einem Backup auf der Festplatte, oder um Transaktionen (Logs) aufzuzeichnen, um die Daten nach einem Neustart wiederherzustellen.<\/p>\n<h3>F\u00fcr die Erstellung fehlertoleranter Anwendungen.<\/h3>\n<p>\nStellen Sie sich die klassische Architektur einer ausfallsicheren Webanwendung vor. Sie funktioniert so: Ein Web-Load-Balancer verteilt alle Anfragen auf verschiedene Server. Dieses System ist stabil, da die Server sich gegenseitig duplizieren und bei Vorf\u00e4llen absichern.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"In-Memory-Architektur f\u00fcr Webdienste: Grundlagen der Technologie und Prinzipien\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/86d363d25cf2c0ac3c5811f3458b2133.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nDer Load-Balancer leitet alle Anfragen einer Sitzung strikt an einen einzigen Server. Dies ist der Mechanismus der Sticky-Sessions: Jede Sitzung wird an <a class=\"wpil_keyword_link\" href=\"https:\/\/prohoster.info\/de\/server\/dts-shicago\/\"   title=\"Server\" data-wpil-keyword-link=\"linked\"  data-wpil-monitor-id=\"2876\">Server<\/a>, wo sie lokal gespeichert und verarbeitet wird.\u00a0<\/p>\n<p>Was passiert, wenn einer der <a class=\"wpil_keyword_link\" href=\"https:\/\/prohoster.info\/de\/server\/\"   title=\"Server\" data-wpil-keyword-link=\"linked\"  data-wpil-monitor-id=\"1498\">Server<\/a>?<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"In-Memory-Architektur f\u00fcr Webdienste: Grundlagen der Technologie und Prinzipien\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/414457e02812e8c087a1f2a24d8f5902.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\n<b>Server ausf\u00e4llt? Der Dienst wird nicht beeintr\u00e4chtigt, da die Architektur redundant ist. Aber wir verlieren eine Teilmenge der Sitzungen des ausgefallenen Servers<\/b>. Und damit auch die Nutzer, die an diesen Sitzungen h\u00e4ngen. Zum Beispiel k\u00f6nnte ein Kunde eine Bestellung aufgeben und pl\u00f6tzlich aus dem System geworfen werden. Er wird unzufrieden sein, wenn er sich erneut anmeldet und feststellen muss, dass alles von neuem beantragt werden muss.<\/p>\n<p>Webanwendungen m\u00fcssen eine gro\u00dfe Anzahl von Benutzern unterst\u00fctzen und dabei reibungslos funktionieren, damit die Nutzerkomfort haben. Bei einem Ausfall wird jedoch die Kommunikationszeit mit dem Sitzungsspeicher bei jedem weiteren Request l\u00e4nger. Dies erh\u00f6ht die durchschnittliche Latenz f\u00fcr die anderen Benutzer. Sie m\u00f6chten nicht l\u00e4nger warten als gewohnt.<\/p>\n<p>Dieses Problem wurde von einem anderen Kunden, einem gro\u00dfen PASS-Anbieter aus den USA, gel\u00f6st. Er nutzt In-Memory-Technologie, um Web-Sitzungen zu clusterieren. Dabei speichert er sie nicht lokal, sondern zentral in einem In-Memory-Cluster. In diesem Fall sind die Sitzungen viel schneller verf\u00fcgbar, da sie im RAM gespeichert sind.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"In-Memory-Architektur f\u00fcr Webdienste: Grundlagen der Technologie und Prinzipien\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/9569a62570288e1e9ec8a9af01fb42dc.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nWenn ein Server ausf\u00e4llt, leitet der Load-Balancer die Anfragen des ausgefallenen Servers an andere Server weiter, wie in einer klassischen Architektur. Doch es gibt einen wichtigen Unterschied: <b>Sitzungen werden im In-Memory-Cluster gespeichert<\/b> und die Server haben Zugriff auf die Sitzungen des ausgefallenen Servers.<\/p>\n<p>Diese Architektur erh\u00f6ht die Fehlertoleranz des gesamten Systems. Dar\u00fcber hinaus ist es sogar m\u00f6glich, ganz auf den Mechanismus der Sticky-Sitzungen zu verzichten.<\/p>\n<h3>Hybride transaktionale und analytische Verarbeitung (HTAP)<\/h3>\n<p>\nIn der Regel werden transaktionale und analytische Systeme separat gehalten. Wenn sie getrennt sind, wird die Hauptdatenbank belastet. F\u00fcr die analytische Verarbeitung werden die Daten in eine Replikation kopiert, damit die analytischen Prozesse die transaktionalen Vorg\u00e4nge nicht st\u00f6ren. Allerdings geschieht die Kopierung mit einer Verz\u00f6gerung \u2013 eine reibungslose Replikation ist unm\u00f6glich. Wenn wir dies synchron durchf\u00fchren, wird auch die Hauptdatenbank langsamer, und es gibt keinen Gewinn.<\/p>\n<p>Bei HTAP funktioniert alles anders \u2013 dasselbe Datenspeicher wird sowohl f\u00fcr transaktionale Lasten von Anwendungen als auch f\u00fcr analytische Abfragen verwendet, die lange dauern k\u00f6nnen. Wenn die Daten im Arbeitsspeicher liegen, werden analytische Abfragen schneller ausgef\u00fchrt und der Datenbankserver wird weniger belastet (im Durchschnitt).<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"In-Memory-Architektur f\u00fcr Webdienste: Grundlagen der Technologie und Prinzipien\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/0ae5ca63b8bca13eeb169cbfb01ab699.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nDer hybride Ansatz \u201edurchbricht die Wand\u201c zwischen Transaktionsverarbeitung und Analytik. Wenn wir die Analytik im selben Speicher durchf\u00fchren, werden analytische Abfragen auf den im Arbeitsspeicher befindlichen Daten initiiert. Sie sind viel genauer, besser interpretierbar und ad\u00e4quater.<\/p>\n<h2>Integration von In-Memory-L\u00f6sungen<\/h2>\n<p>\nEin einfacher (relativer) Weg \u2013\u00a0<b>alles von Grund auf neu zu entwickeln<\/b>. Wir speichern Daten auf der Festplatte und halten hei\u00dfe Daten im Speicher. Dies hilft, Serverneustarts oder -ausf\u00e4lle zu \u00fcberstehen.<\/p>\n<p>Hier gibt es zwei Hauptszenarien, in denen Daten auf der Festplatte gespeichert werden. Im ersten Szenario m\u00f6chten wir Ausf\u00e4lle oder geplante Neustarts des Clusters oder seiner Teile \u00fcberstehen \u2013 wir verwenden es wie eine einfache Datenbank. Im zweiten Szenario, wenn die Datenmenge zu gro\u00df ist, wird ein Teil im Speicher gehalten.<\/p>\n<p>Wenn es nicht m\u00f6glich ist, alles von Grund auf neu zu erstellen, ist es vielleicht m\u00f6glich, In-Memory in die bereits <b>bestehende Architektur<\/b>. Aber nicht alle In-Memory-L\u00f6sungen eignen sich daf\u00fcr. Es gibt drei grundlegende Bedingungen. Die In-Memory-L\u00f6sung muss unterst\u00fctzen:<\/p>\n<ul>\n<li>eine standardisierte Verbindung zur darunterliegenden Datenbank (zum Beispiel MySQL);\n<\/li>\n<li>eine standardisierte Abfragesprache, um die Logik der Interaktion mit dem Speicher nicht umschreiben oder \u00e4ndern zu m\u00fcssen;\n<\/li>\n<li>Transaktionsf\u00e4higkeit \u2013 die Semantik der Interaktion zu bewahren.\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nWenn alle drei Bedingungen erf\u00fcllt sind, ist die Integration m\u00f6glich. Wir platzieren das In-Memory Data Grid zwischen der Anwendung und der Datenbank. Jetzt werden Schreibanforderungen an die zugrunde liegende Datenbank delegiert, und Leseanforderungen an die Datenbank, wenn die Daten nicht im Cache vorhanden sind.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"In-Memory-Architektur f\u00fcr Webdienste: Grundlagen der Technologie und Prinzipien\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/98edd440297e3b28aeae3326dc7fe3ef.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<\/p>\n<blockquote><p>Wenn Ihnen schneller Zugriff auf Daten und deren Verarbeitung wichtig ist, beispielsweise f\u00fcr Gesch\u00e4ftsanalysen, sollten Sie die Implementierung von In-Memory in Betracht ziehen. Bei der Umsetzung k\u00f6nnen beide Ans\u00e4tze bei der Planung einer neuen Architektur verwendet werden.<\/p><\/blockquote>\n<p>Quelle: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/505792\/\">habr.com<\/a> <\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>In-Memory \u2014\u00a0\u043d\u0430\u0431\u043e\u0440 \u043a\u043e\u043d\u0446\u0435\u043f\u0446\u0438\u0439 \u0445\u0440\u0430\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u0434\u0430\u043d\u043d\u044b\u0445, \u043a\u043e\u0433\u0434\u0430 \u043e\u043d\u0438 \u0441\u043e\u0445\u0440\u0430\u043d\u044f\u044e\u0442\u0441\u044f \u0432 \u043e\u043f\u0435\u0440\u0430\u0442\u0438\u0432\u043d\u043e\u0439 \u043f\u0430\u043c\u044f\u0442\u0438 \u043f\u0440\u0438\u043b\u043e\u0436\u0435\u043d\u0438\u044f, \u0430 \u0434\u0438\u0441\u043a \u0438\u0441\u043f\u043e\u043b\u044c\u0437\u0443\u0435\u0442\u0441\u044f \u0434\u043b\u044f \u0431\u044d\u043a\u0430\u043f\u0430. 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