“全球內存數據庫市場，將以19.65%的複合年增長率不斷迅速發展。”分析機構Verified Market Research對內存數據庫市場的發展報以極大的肯定。
潛力巨大，看起來很不錯。
事實上，隨着雲計算、互聯網技術的蓬勃發展，用戶場景變得越來越複雜，數據增長越發明顯，帶來了海量數據訪問處理的新挑戰。然而，傳統數據庫的管理處理能力，已經不能完全勝任新時期的企業發展，也難以應對新數據時代下的新挑戰。
備受業界關注的Key-Value非關係數據庫映入大家眼簾，NoSQL因其高可擴展性、高性能、彈性等優勢，成爲新數據時代的“弄潮兒”。
01
Redis雖然好，但阿里云爲何還力推Tair
全球雲觀察分析指出，Key-Value數據庫按照鍵值對的形式進行組織、索引和存儲，因而帶來了內存數據庫在具體應用中新的提升。在實際落地的用戶案例中，Key-Value存儲表現雖好，可以非常有效地減少讀寫磁盤的次數，帶來了比SQL數據庫存儲更好的讀寫性能，但也有一定限制，比如適合不涉及過多數據關係業務關係的業務數據。
對Key-Value數據庫大家可能瞭解還是比較多，比如：
Aerospike
LevelDB
Scalaris
Project Voldemort
HyperDex
Berkeley DB
Apache Accumulo
Apache Cassandra
Redis
MongoDB
Memcached
其中，在近年來，Redis的表現尤爲突出。這是爲什麼呢？
沒有比較就沒有鑑別。那麼，我們拿Memcached與Redis做一個簡單的對比分析。作爲一個高性能的key-value存儲系統，Redis和Memcached有點類似，爲了保證數據讀寫效率，在內存中實現了數據的緩存。
但是，Redis實現了更好的功能：
一方面針對更新的數據，週期性地寫入磁盤，並且在記錄文件中，追加寫入修改操作日誌；
另一方面，與此同時，還進一步實現了master-slave主從同步功能，帶來主從服務器更高的讀寫效率。此外，在部分場景中，Redis對關係數據庫起到很好的補充作用。
Memcached僅僅支持DataTable或者HashTable簡單數據類型，Redis支持String(字符串)、Hash(哈希)、List(列表)、Set(集合)、Zset(有序集合)多種數據類型，實現豐富的數據操作。
爲了方便大家使用，Redis爲用戶提供了Python、Ruby、Erlang、PHP客戶端。
這麼優秀的Redis，業界傳說由一位出生在西西里島的意大利人antirez發明。回顧一下Redis的前世今生，你不難有一些新的發現。
作爲系統管理員，在2004到2006年期間，antirez主要從事嵌入式工作。後來接觸到web，2007年與友人共同創立網站LLOOGG，爲了解決網站的負載問題，在2009年開發了Redis內存數據庫。
從2009年誕生至今，Redis已經發展迭代了多個版本，最新的一個主要版本爲Redis 6.0.1，於2020年5月2日正式發佈。如 Redis發明者antirez所言，這個版本有三最，即迄今爲止最能體現企業化、有史以來改動最大、參與開發人數最多。
發展了十年有餘，實屬不易。作爲開源的內存數據庫傑出代表，目前Redis成爲了全球最主流的Key-Value數據庫產品，應對高併發、大流量、低延遲業務場景，備受業界器重，其高速緩存應用方面表現出來了性能優勢。
Redis雖好，然而開源Redis作爲雲內存數據庫，卻有着比較大的侷限性。對此，阿里雲智能數據庫產品事業部高級產品專家黃鵬程分析指出：
其一，在Redis Class下構建大容量服務，成本問題已經出現。在分片數較少，單個分片較大情況下，調用Fork同步操作帶來服務不穩，同時持久化帶來服務恢復緩慢，雖然採用主多從的形式來保證服務的可用性，但在多實例下，其管理成本和內部通信成本的開銷增大。
其二，Redis本身持久化數據的能力有限，最新版本推出了RDB和AOF兩種模式來提升持久化能力。然而在實際應用中，Everysecond每秒持久化的形式十分不利於實際應用，特別是將Redis已經作爲最終存儲數據的數據庫在應用，一旦出現問題，將波及大量的整體數據。“在一個如10萬TPS高吞吐的場景下，一秒的數據丟失可能就意味着數萬條數據記錄的丟失。”對數據可靠性要求很高的用戶來說，這是最大的問題。此外Redis緩存+主存儲方式來提升持久化，也帶來數據一致性、主從數據庫開銷等系列問題。
從實際情況出發進一步分析來看，Redis應對客戶業務快速發展變化上問題頗多。在大容量Redis啓動時，加載持久化文件會耗時很久，緩存無法做到快速恢復。開源版Redis無法同時擁有服務全程高性能和數據持久化。開源Redis的數據讀寫均發生在內存，隨着數據規模增大，內存資源佔用會隨之遞增，而每臺服務器可使用內存又是一個較小的有限值，因此服務器數量也隨着被迫快速上升，整體服務成本會大幅度攀升。
此外，當業務進入發展後期，數據量漸成規模，數據訪問頻度會減少，對於開源Redis現有應用架構和邏輯而言，很難降低數據存儲的成本。
想要滿足用戶更多的業務場景，以及更優化的服務成本要求，必然需要解決開源Redis本身帶來的弊端。阿里云爲什麼還要推Tair？答案就在此。
02
青出於藍而勝於藍，十二年認真錘鍊Tair
Tair的誕生不是一朝一夕，而是歷經了十二年的應用錘鍊。
實際上，阿里雲推出的雲原生內存數據庫Tair，源自阿里巴巴集團重點打造的自研Key-Value數據庫，這是一個完全兼容Redis協議的內存數據庫。
2004年，淘寶開始應用緩存技術。最先投入應用的是基於前端頁面的緩存技術，採用ESI來標識可以加速和不能加速的網頁內容片段，有效減少了從服務端抓取整個頁面的次數。
隨着淘寶網的流量快速增長，數據庫的壓力與日俱增，基於後端系統的緩存技術應運而生。從服務淘寶詳情和驗證碼等業務的持久化系統TBStore，到初始服務於淘寶用戶中心的TDBM等，後端系統緩存技術經歷了多個系統與階段的演變，以及經驗的積累。到2009年，這些系統、技術經驗經過進一步的研發創新，融合成了Tair。
2009年4月，作爲一款真正的企業級雲內存數據庫產品，Tair正式誕生。隨即應用在淘寶核心業務系統，隨後逐漸進入阿里其他核心業務系統。Tair最早的設計思路源自Redis，很多功能設計也參考了Redis。與此同時，爲了方便用戶應用需求，Tair也完全兼容Redis的數據結構和接口API，原來採用Redis的應用可以無縫遷移到Tair。
2015年3月，Tair正式推出阿里雲的雲數據庫Redis產品。阿里雲 Redis 從 2015 年商用以來，一直是全球領先的雲內存數據庫產品，擁有Redis和Tair兩個主要產品，其背後的研發團隊擁有衆多頂級Redis社區Committer，並在Redis全球核心團隊（共五人）中擁有一名核心成員，在Redis技術發展中持續爲社區做出貢獻。
2017年11月，Tair熱點散列經過雙十一的考驗，解決了業內緩存熱點難題。
2018年，Tair正式開始投入Intel AEP的研究和使用落地。併成功應用於當年雙11的電商商品核心集羣中，大幅降低了成本，成爲中國首個在生產環境正式部署應用Intel AEP的產品。不過，當時的Tair軟件層並沒有在AEP上做相關數據持久化和恢復的特性，僅作爲緩存使用。
2019年4月，阿里雲的雲數據庫Redis產品在Redis開源社區貢獻排名第三。
2020年9月，Tair正式推出持久存儲系統形態，加速進入多存儲引擎時代。隨着雲上環境的成熟，Tair基於AEP，全新研發了數據持久落地的自研引擎，並融入神龍裸金屬服務器和雲原生數據庫管理系統的技術優勢。整體能力上，獲得了近似內存的性能，90%的吞吐能力，而成本降低了30%。同時，從內存的易失性到AEP的持久能力，Tair自研引擎的每個操作都能持久化，大幅降低數據丟失的風險。
2020年10月28日，阿里雲正式發佈雲原生內存數據庫Tair企業級Redis服務，該系列包含兩種產品形態：持久內存型和容量存儲型。這是Tair系列繼性能增強型和混合存儲型後又一力作。
經過多年持續不斷的打磨、完善和改進，如今已經演進到Tair 3.0。Tair全新定位企業級雲原生內存數據庫，全面覆蓋客戶不同業務階段對於Redis性能、功能與成本的更高要求。
Tair兼容原生Redis的數據結構和接口，並具備更大容量規格、fork抖動更低且命令級數據持久化的能力。同時打破了傳統Redis中的數據只能在易失性存儲上進行讀寫的模式，Tair針對客戶不同業務階段的數據存儲要求與服務成本考量，全新實現了持久性更強、成本更低的內存數據庫。
特別是在安全風控的應用場景下，像淘寶、天貓、餓了麼等用戶對於在線風控要求實時性非常高，一旦發現異常用戶行爲習慣或異常賬號情況，需要在線實時發現並處理。因而需要將Tair企業級能力和雲原生能力、低成本與彈性能力充分結合，爲應用提供風控實時在線的處理能力。此外，Tair具備全球分佈式能力，數據在任何一個節點寫入了後，在其它可用區AZ可以實時讀取，這對實現風控實時異常監測帶來非常好的幫助，並且在發生區域故障或者異常時Tair提供切換和恢復能力。
此外，通過Tair雲原生內存數據庫的能力，以及多模型計算能力的支撐，比如阿里雲圖數據庫GDB支持屬性圖模型，而Tair GDB更利於快速發現數據關係，對風控帶來顯而易見的幫助作用。
以內存存儲和計算爲基礎，集事務和分析處理於一體，TairGDB、TairCPC等數據模型將實時計算等能力下沉到內存數據庫中，在Tair中實現了多種工作負載，將用戶場景真正在線化、實時化。
全球雲觀察分析指出，Tair經過十二年錘鍊，不僅解決了數據可靠性與各場景中廣泛使用Redis之間的矛盾，同時針對服務高性能與數據可靠性之間的矛盾也得以搞定。更值得一提的是，Tair實現了更經濟的成本，來匹配用戶業務不同階段的服務訪問熱度。
在成交額破3723億元的2020年天貓“雙十一”活動中，訂單創建峯值高達58.3萬筆/秒，雲原生內存數據庫Tair作爲“雙十一”關鍵性的技術支撐，應對訂單高峯時的流量壓力，實現在線訪問加速能力，承受住了最高每秒15億次的調用風暴。
在複雜的應用場景下，Tair持續不斷地進行技術創新，適用於熱點場景的Tair熱點散列創新解決方案讓互聯網應用類似於電商、社交等頻繁出現熱點的場景極大降低了應用的開發成本，而且爲應用節省了至少2/3爲熱點場景預留的資源。
在商品信息等海量熱數據存儲的場景，Tair引入使用密度更高、成本更低的持久內存，使集羣整體TCO下降60%的同時，吞吐和延遲能夠滿足場景需求。
據悉，南瓜電影、CC視頻等用戶，使用阿里雲內存數據庫Tair的企業級功能，實現了數據多地域同步，給終端用戶帶去了更極致的體驗。
Tair應戰多次“雙十一”大考，歷經優酷春晚、菜鳥、高德、南瓜電影、CC視頻等業務場景不同規模的應用錘鍊，相對於開源Redis而言，可謂青出於藍而勝於藍。
03
讓數據實時在線，Tair正在撬動一個新時代
當然，作爲新一代內存數據庫的代表，Tair已經超過了Redis，實現了從緩存到一個真正內存數據庫的角色轉變，越來越多核心應用除了使用Tair的緩存模式之外，也使用Tair作爲數據的持久化存儲方案。
“雲原生、持久化、融合計算，這三大元素的加持，讓內存數據庫的發展正式進入一個新階段。”2020年12月13日，阿里雲數據庫負責人李飛飛在雲內存數據庫峯會上表示，讓數據實時在線，阿里雲的Tair正在引領潮流，加速雲原生內存數據庫時代到來。
進一步分析來看，阿里雲Redis團隊在自研內存數據庫系列Tair中，也是基於當前用戶具體應用需求來創新。畢竟在不同應用場景中，數據訪問速度、數據容量都會不同。針對不同數據溫度場景，從訪問延時、持久化需求、整體成本這三個核心維度考量，基於DRAM、NVM、ESSD三種存儲介質，推出了三種不同Tair形態，來滿足用戶不同場景的具體需求。除了最新推出的持久內存型和容量存儲型，Tair還有之前大家比較熟悉的性能增強型。
作爲Tair持久存儲系列的兩種產品形態，持久內存型和容量存儲型的工作原理相同，都是將數據放置在非易失性存儲介質上。在數據庫啓動時無需進行數據加載，應用直接訪問相關數據。在寫入數據時也能保證命令級的數據可靠性，寫入一條數據即持久化存入非易失性介質。同時也消除了fork帶來的服務抖動，而對業務應用則保持Redis的通信協議和數據結構與API，對於熟悉原生Redis的用戶可以輕鬆上手。
在硬件選擇上，持久內存型採用了Intel 傲騰持久內存（AEP），容量存儲型採用了阿里雲ESSD雲盤。
英特爾傲騰（AEP）持久內存架構的特點突出，在DRAM內存和塊存儲之間，加入大容量持久內存層，數據不會丟失，同時以高性價比提供出色性能。Tair持久內存型採用Intel 傲騰（AEP）持久內存技術後，兼容絕大部分Redis數據結構和命令，藉助AEP的App Direct模式，實現了高性能下的命令級持久化能力。在價格上，Tair持久內存型相當於阿里雲社區版Redis價格的70%左右，適用於要求高吞吐、低延遲同時對數據可靠性要求高的熱數據存取場景。
然而，對於溫冷數據存取場景，用戶要求更高的數據持久化，以及更高的存儲密度，數據訪問頻率也相對較低。基於阿里雲ESSD雲盤技術，推出的Tair容量存儲型，兼容Redis核心數據結構與命令，滿足用戶超大容量、平均性能有所妥協的溫冷數據存取服務。
在基準性能測試中，其基礎數據類型讀性能中位數約爲開源Redis的70%，寫性能中位數約爲開源內存版的55%，而服務擁有成本最低可降低至阿里雲Redis社區版的15%左右。
值得一提的是，在剛結束歷時4個月的數據庫性能大賽上，Tair提煉雙十一熱點場景挑戰和在持久內存上的最佳實踐，攜手衆多業內同行，共同推動持久內存型數據庫的應用和發展。
不過，無論是哪類場景，Tair都支持在線訪問，承擔着超大流量，作爲流量的承接地，對於流量的穿透、擊穿和防止本身系統雪崩上做了非常深入的工作。
目前來看，從高訪問強度，到高存儲密度，Tair的產品系列已經覆蓋了全線企業級Redis服務。
在總結Tair整體優勢上，阿里雲數據庫負責人李飛飛歸納爲三個方面：
優勢一，支持大規格單實例，價格更親民。單進程可以最大支持到256G，實現集羣規模高達64T以上。
優勢二，提供命令級的持久化，架構更簡化。操作寫入即持久存入的過程，遠勝開源Redis秒級持久化的能力。並且可以將原來“緩存加主存”雙重數據存儲架構，實現合二爲一。
優勢三，高性能無抖動，穩定更可靠。用過開源Redis的朋友應該都深有體會，其性能抖動令大家感到困擾。
特別值得關注的是在數據安全方面，針對當前用戶面臨各樣的數據丟失、業務邏輯錯誤帶來的商業風險，傳統的定時或手動備份不足以完美應對。Tair不僅有全量的備份和恢復能力，並且在Tair性能增強版本中提供了數據閃回的功能，幫助用戶在其指定時間點上，精準恢復指定實例數據，在數據安全上爲用戶實現最高級別的保駕護航。
全球雲觀察分析指出，對於數據安全方面的更多考慮，彰顯出了阿里雲在雲數據庫領域的全局思維。當然，對於阿里雲而言，在數據庫領域的耕耘與佈局也非常全面。
作爲國內最早推出雲數據庫的廠商之一，阿里雲已經形成了完整佈局。包括了：關係型數據庫、NoSQL數據庫、數據倉庫、數據庫生態工具和雲數據庫專屬集羣五大產品板塊。
在NoSQL數據庫佈局上，一方面，阿里云云數據庫Redis會將Redis作爲用戶上雲快速接入、體驗原汁原味開源Redis的雲上服務。另一方面，重點打造自研產品Tair，作爲“存算一體化”的企業級雲原生內存數據庫，全面覆蓋客戶不同業務階段對於Redis性能、功能與成本的更高要求。
很顯然，雲計算與大數據的發展勢不可擋，雲原生內存數據庫必然迎來了新的發展機會，在很大程度上將改變原有“應用+緩存+持久存儲”的架構模型，通過採用Tair持久內存型方案，進一步簡化架構降低TCO，Tair也將引領“應用+內存數據庫”的新趨勢。
未來，Tair會持續在成本、彈性、計算、企業級方面進一步優化，通過池化的內存存儲來提供多種計算模型和計算能力的支撐，實現存儲計算在內存層面真正的一體化。
2020年11月份Gartner公佈的2020年度全球數據庫魔力象限評估中，阿里雲首次挺進全球數據庫第一陣營——領導者象限，這也是中國數據庫40年來首次進入全球頂級數據庫行列，標誌着國產數據庫正式進入一線行列。
根據IDC的數據，在公有云市場阿里雲在雲數據庫賽道上營收已經位居全球第三，而就整個數據庫市場而言，在中國市場份額阿里雲位居榜首。
毋庸置疑，雲原生數據庫已經成爲行業發展趨勢。Gartner在去年發佈的名爲《The Future of the Database Management System (DBMS) Market Is Cloud》的報告中就明確提出，傳統的自己部署數據庫的方式已經過時。
雲是未來，所有組織，無論大小，都將越來越多地使用雲數據庫。爲此，阿里雲在雲數據庫產品方面的進一步豐富，正是順應了這一趨勢。就此，在企業級雲原生內存數據庫的發展上，Tair將持續強化雲原生、軟硬件技術結合、數據存儲和計算一體化等核心能力，讓雲原生內存數據庫真正走到大家身邊，不斷滿足用戶數字化轉型過程中的業務發展需要，並貢獻出更大的創新力量。
（by Aming）
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文章來源：Aming，全球雲觀察，著作權歸作者所有。商業轉載請聯繫作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。本文和作者回復僅代表個人觀點，不構成任何投資建議。
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【阿明】：科技評論專欄作者、科技媒體從業22年、新聞評論年產出上百萬字，用數據說話，帶你看懂科技上市公司