Valkey入門：Redisユーザーが知っておくべきポイント

Valkeyは、Redisプロトコル互換の高性能なインメモリデータストアです。オープンソースであり、Linux Foundationの傘下で活発な開発が進められています。Redisとの高い互換性を維持しつつ、マルチスレッドアーキテクチャによるパフォーマンス向上、非同期I/O、より効率的なメモリ管理など、多くの改良が加えられています。

本稿では、RedisユーザーがValkeyへの移行を検討する際に知っておくべき重要なポイントを網羅的に解説します。Valkeyのアーキテクチャ、パフォーマンス、互換性、運用、移行手順、将来展望に至るまで、詳細な情報を提供し、Valkeyの潜在能力を最大限に引き出すための知識を提供します。

1. Valkeyとは何か？ – 背景と目的

Redisは、長年にわたり、キャッシュ、セッション管理、メッセージキューなど、さまざまな用途で広く利用されてきたインメモリデータストアです。しかし、シングルスレッドアーキテクチャに起因するパフォーマンス上の制約や、活発な開発体制の停滞といった課題も抱えていました。

Valkeyは、これらの課題を克服するために誕生しました。主な目的は以下の通りです。

• パフォーマンスの向上: マルチスレッドアーキテクチャを採用し、CPUコアを効率的に利用することで、スループットを大幅に向上させる。
• 技術革新の加速: オープンなコミュニティベースの開発体制を確立し、活発な技術革新を促進する。
• Redisとの互換性の維持: 既存のRedisアプリケーションとの互換性を維持し、スムーズな移行を可能にする。
• 持続可能なオープンソースプロジェクトの育成: Linux Foundationの傘下に入ることで、プロジェクトの長期的な持続可能性を確保する。

Valkeyは、Redisの長所を受け継ぎつつ、現代的なニーズに対応するために進化を続ける、次世代のインメモリデータストアです。

2. Valkeyのアーキテクチャ：マルチスレッドのパワー

Valkeyの最も重要な特徴は、そのマルチスレッドアーキテクチャです。Redisがシングルスレッドで全てのクライアントリクエストを処理するのに対し、Valkeyは複数のスレッドを活用して並行処理を行います。これにより、CPUコアを効率的に利用し、スループットを大幅に向上させることができます。

Valkeyのアーキテクチャの主要な要素は以下の通りです。

• Reactorスレッド: クライアントからの接続を受け入れ、I/Oイベントを監視する役割を担います。複数のReactorスレッドが存在し、接続を並行して処理します。
• Workerスレッド: 実際のコマンド処理を行うスレッドです。Reactorスレッドから受け取ったコマンドを実行し、結果をクライアントに返送します。Workerスレッド数も設定可能であり、CPUコア数に応じて調整できます。
• Shared Memory: ReactorスレッドとWorkerスレッド間でデータを共有するために使用されます。効率的なデータ共有メカニズムにより、スレッド間のオーバーヘッドを最小限に抑えます。

このマルチスレッドアーキテクチャにより、ValkeyはRedisと比較して、特に読み取り負荷の高いワークロードや、大量の同時接続を処理する必要がある場合に、大幅なパフォーマンス向上を実現します。

3. Valkeyのパフォーマンス：Redisとの比較

Valkeyのパフォーマンスは、シングルスレッドのRedisと比較して、大幅に向上しています。具体的なパフォーマンスの違いは、ワークロード、データサイズ、ハードウェア構成などによって異なりますが、一般的には以下の傾向が見られます。

• スループット: Valkeyは、Redisよりも大幅に高いスループットを実現できます。特に読み取り負荷の高いワークロードでは、数倍のパフォーマンス向上が期待できます。
• レイテンシ: 高負荷時でも、ValkeyはRedisよりも低いレイテンシを維持できます。これは、マルチスレッドアーキテクチャによる並行処理能力の高さによるものです。
• CPU使用率: Valkeyは、CPUコアを効率的に利用するため、全体的なCPU使用率が向上します。これにより、サーバーリソースを最大限に活用できます。

多くのベンチマークテストにおいて、ValkeyはRedisを大幅に上回るパフォーマンスを示しています。例えば、シンプルなGET/SET操作では、ValkeyはRedisの2〜5倍のスループットを達成することが報告されています。

ただし、書き込み負荷の高いワークロードでは、パフォーマンスの向上が限定的になる場合があります。これは、Valkeyが書き込み操作の競合を避けるために、ロック処理を使用しているためです。

4. Valkeyの互換性：既存のRedisアプリケーションへの影響

Valkeyは、Redisプロトコルとの高い互換性を維持するように設計されています。これにより、既存のRedisアプリケーションをValkeyに移行する際に、大幅なコード変更を必要とせずに済むことが期待できます。

ValkeyがサポートするRedisの主な機能は以下の通りです。

• データ型: 文字列、ハッシュ、リスト、セット、ソート済みセットなどのRedisの主要なデータ型をサポートしています。
• コマンド: GET、SET、DEL、HGET、HSET、LPUSH、RPUSH、SADD、ZADDなど、Redisの一般的なコマンドをほぼ全てサポートしています。
• クライアントライブラリ: 既存のRedisクライアントライブラリ（Redis-py, Jedis, node-redisなど）をValkeyでも使用できます。

ただし、ValkeyはRedisの全ての機能を完全にサポートしているわけではありません。一部のRedisモジュールや、特殊なコマンドはサポートされていない場合があります。移行前に、アプリケーションで使用している機能をValkeyがサポートしているかどうかを確認する必要があります。

5. Valkeyの運用：Redisとの違いと考慮事項

Valkeyの運用は、Redisと非常によく似ています。設定ファイル、コマンドラインツール、監視ツールなど、Redisでお馴染みのツールをそのまま使用できます。

ただし、Valkey特有の運用上の考慮事項もいくつか存在します。

• スレッド数の設定: Valkeyのパフォーマンスは、Workerスレッド数に大きく依存します。CPUコア数に応じて、適切なスレッド数を設定する必要があります。過剰なスレッド数は、コンテキストスイッチングのオーバーヘッドを増やし、パフォーマンスを低下させる可能性があります。
• メモリ管理: Valkeyは、Redisと同様にインメモリデータストアであるため、メモリ管理が非常に重要です。適切なメモリ割り当てと、定期的なメモリ監視が必要です。
• 永続化: Valkeyは、Redisと同様にRDBスナップショットとAOFログによる永続化をサポートしています。データの重要度に応じて、適切な永続化戦略を選択する必要があります。
• 監視: Valkeyのパフォーマンスと安定性を維持するためには、適切な監視が不可欠です。CPU使用率、メモリ使用量、接続数、コマンド実行時間などを監視し、異常を早期に検知する必要があります。

6. Valkeyへの移行：段階的なアプローチ

RedisからValkeyへの移行は、段階的なアプローチで行うことを推奨します。

1. テスト環境での検証: まず、テスト環境にValkeyを構築し、既存のRedisアプリケーションをValkeyに接続して、動作確認を行います。互換性の問題やパフォーマンスの問題を特定し、必要に応じてコードを修正します。
2. 段階的な移行: 本番環境への移行は、段階的に行います。例えば、一部のアプリケーションや、読み取り負荷の高いアプリケーションからValkeyに移行し、徐々に移行範囲を広げていきます。
3. 監視と調整: 移行後も、Valkeyのパフォーマンスと安定性を継続的に監視し、必要に応じて設定を調整します。

移行プロセスをスムーズに進めるためには、以下の点を考慮することが重要です。

• アプリケーションのアーキテクチャ: アプリケーションのアーキテクチャがRedisへの依存度が高い場合、移行が困難になる可能性があります。アプリケーションのアーキテクチャを見直し、Redisへの依存度を下げることを検討する必要があります。
• データサイズ: 大量のデータをValkeyに移行する場合、移行時間が長くなる可能性があります。適切な移行ツールを選択し、移行プロセスを最適化する必要があります。
• ロールバック計画: 移行中に問題が発生した場合に備えて、ロールバック計画を事前に策定しておく必要があります。

7. Valkeyの将来展望：進化するインメモリデータストア

Valkeyは、まだ新しいプロジェクトですが、その将来性は非常に明るいです。活発な開発コミュニティ、Linux Foundationのサポート、そしてRedisとの高い互換性により、Valkeyは今後ますます普及していくことが予想されます。

Valkeyの将来的な展望としては、以下のようなものが考えられます。

• 機能の拡充: Redisの最新機能への追従、新しいデータ型やコマンドの追加、モジュールのサポートなどが期待されます。
• パフォーマンスのさらなる向上: マルチスレッドアーキテクチャの最適化、非同期I/Oの改善、メモリ管理の効率化などにより、パフォーマンスがさらに向上する可能性があります。
• クラウドネイティブな機能の強化: Kubernetesなどのクラウド環境への対応、自動スケーリング、高可用性構成の容易化など、クラウドネイティブな機能が強化されることが期待されます。
• コミュニティの拡大: コミュニティが拡大し、より多くの開発者やユーザーがValkeyに参加することで、プロジェクトの成長が加速する可能性があります。

Valkeyは、単なるRedisの代替品ではなく、Redisの進化形として、次世代のインメモリデータストアを牽引していくことが期待されます。

8. Valkeyのインストールと設定

Valkeyのインストールと設定は、Redisと同様に比較的簡単です。ここでは、一般的なLinux環境でのインストールと設定手順を説明します。

8.1 インストール

Valkeyは、ソースコードからビルドする方法と、パッケージマネージャーからインストールする方法があります。

• ソースコードからビルド:
  bash
git clone https://github.com/valkey-io/valkey.git
cd valkey
make
sudo make install

• パッケージマネージャーからインストール:
  多くのLinuxディストリビューションで、Valkeyのパッケージが提供されています。
  “`bash
  # Debian/Ubuntu
  sudo apt update
  sudo apt install valkey-server valkey-cli

  CentOS/RHEL

  sudo yum install valkey-server valkey-cli
  “`

8.2 設定

Valkeyの設定は、valkey.confファイルで行います。設定ファイルの場所は、通常/etc/valkey/valkey.confです。

設定ファイルでは、ポート番号、バインドアドレス、メモリ制限、永続化設定、セキュリティ設定などを設定できます。

“`

ポート番号

port 6379

バインドアドレス

bind 127.0.0.1

メモリ制限

maxmemory 1gb

永続化設定

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

AOF設定

appendonly yes
“`

8.3 起動と停止

Valkeyの起動と停止は、systemdなどのサービスマネージャーを使用します。

“`bash

起動

sudo systemctl start valkey-server

停止

sudo systemctl stop valkey-server

再起動

sudo systemctl restart valkey-server

状態確認

sudo systemctl status valkey-server
“`

8.4 クライアント接続

Valkeyに接続するには、valkey-cliコマンドを使用します。

bash
valkey-cli -h 127.0.0.1 -p 6379

valkey-cliを使用すると、コマンドラインからValkeyにコマンドを送信し、結果を確認できます。

9. まとめ：Valkeyへの移行を検討する価値

Valkeyは、Redisプロトコル互換の高性能なインメモリデータストアであり、Redisの課題を克服するために誕生しました。マルチスレッドアーキテクチャによるパフォーマンス向上、活発な開発体制、Redisとの高い互換性など、多くのメリットがあります。

Redisユーザーは、Valkeyへの移行を検討することで、パフォーマンスの向上、コスト削減、技術革新への貢献といったメリットを得ることができます。

ただし、Valkeyはまだ新しいプロジェクトであり、Redisとの完全な互換性があるわけではありません。移行前に、アプリケーションで使用している機能をValkeyがサポートしているかどうかを確認し、テスト環境での検証を十分に行う必要があります。

Valkeyは、Redisの進化形として、次世代のインメモリデータストアを牽引していくことが期待されます。パフォーマンス、スケーラビリティ、そしてコミュニティへの貢献を重視するRedisユーザーにとって、Valkeyは魅力的な選択肢となるでしょう。

この記事が、RedisユーザーがValkeyへの移行を検討する際に役立つ情報を提供できたことを願っています。