Amazon ElastiCache 缓存设计 - Valkey、Redis OSS 与 Memcached 的选型及缓存策略
整理 Valkey、Redis OSS 与 Memcached 的选型标准，介绍 Lazy Loading 和 Write-Through 缓存策略以及 Serverless 模式的活用方法。
Valkey、Redis OSS 与 Memcached 的选型标准
ElastiCache 提供 Valkey、Redis OSS 与 Memcached 共 3 种引擎，以微秒级延迟每秒处理数百万请求。Valkey 是作为 Redis 的分支而诞生的开源兼容引擎，作为 ElastiCache 的默认引擎提供。Valkey 与 Redis OSS 以单线程事件循环模型运行，提供字符串、哈希、列表、集合、Sorted Set、Streams、HyperLogLog 等丰富的数据结构。支持基于 AOF（Append Only File）和 RDB 快照的数据持久化、只读副本、自动故障转移以及 Pub/Sub 消息传递。因此不仅可用作缓存，还可用作会话存储、排行榜、实时排名和消息代理。Memcached 采用多线程架构，专注于简单的键值缓存，通过添加节点即可轻松水平扩展。适合不需要数据持久化和复制、只想单纯缓存数据库查询结果的场景。在引擎选型上，关键在于 Valkey 使用与 Redis OSS 相同的命令集和客户端库，价格却更低。其节点小时单价、Serverless 的 ECPU 单价和 Serverless 的最低计费存储均低于 Redis OSS。因此，新建时以 Valkey 为起点，延长现有集群的寿命或依赖特定版本时用 Redis OSS，不需要复制和持久化的简单缓存层用 Memcached，这样的划分是务实的。
| 观察点 | Valkey（默认引擎） | Redis OSS | Memcached |
|---|---|---|---|
| 执行模型 | 单线程事件循环 | 单线程事件循环 | 多线程 |
| 数据结构 | 字符串、哈希、列表、集合、Sorted Set、Streams、HyperLogLog | 与 Valkey 相同（Valkey 兼容 Redis OSS） | 只有简单的键值 |
| 持久化与复制 | AOF 与 RDB 快照、只读副本、自动故障转移 | AOF 与 RDB 快照、只读副本、自动故障转移 | 都不具备 |
| 扩展方式 | 分片与只读副本 | 分片与只读副本 | 通过添加节点即可轻松水平扩展 |
| 缓存之外的用途 | 会话存储、排行榜、实时排名、Pub/Sub 消息代理 | 会话存储、排行榜、实时排名、Pub/Sub 消息代理 | 基本只用作缓存 |
| Serverless 支持 | 支持。最低计费存储为每个缓存 100 MB | 支持。最低计费存储为每个缓存 1 GB | 支持。最低计费存储为每个缓存 1 GB |
| 成本水平 | 3 种引擎中最便宜（节点小时单价、ECPU 单价、Serverless 存储单价全部如此） | 比 Valkey 贵 | 节点小时单价与 Redis OSS 处于同一水平 |
| 适合场景 | 新建时的默认选择。保持 Redis OSS 兼容的同时以最低成本起步 | 想继续直接使用现有 Redis OSS 资产时 | 只想单纯缓存数据库查询结果时 |
缓存策略设计
Lazy Loading（Cache-Aside）是在缓存未命中时从数据库获取数据并写入缓存的策略。由于缓存中只存储实际被请求的数据，内存效率高，但首次访问时会发生缓存未命中。Write-Through 是在写入数据库的同时也更新缓存的策略。缓存中的数据始终保持最新，但写入延迟会增加，未被读取的数据也会存入缓存。在实践中，有效的做法是将两者结合：用 Write-Through 在写入时更新缓存，同时设置 TTL 让旧数据自动失效。TTL 的设定值根据数据的新鲜度要求决定：要求实时性的数据设短（数秒到数分钟），主数据设长（数小时到数天）。运维的关键是通过 CloudWatch 指标持续监控缓存命中率，并定期审查 TTL 和节点大小的适当性。
| 观察点 | Lazy Loading（Cache-Aside） | Write-Through |
|---|---|---|
| 写入缓存的时机 | 缓存未命中时，从数据库取回的同时写入缓存 | 写入数据库时，同一时刻更新缓存 |
| 缓存中的数据 | 只有真正被请求过的数据 | 所有被写入的数据，包括没人读的数据 |
| 内存效率 | 高 | 容易偏低 |
| 数据新鲜度 | 缓存可能变旧 | 始终保持最新 |
| 弱点 | 首次访问一定会未命中 | 写入延迟增加 |
| 实务上的落点 | 两者结合：用 Write-Through 在写入时更新，同时用 TTL 让旧数据自动失效。要求实时性的数据设为数秒〜数分钟，主数据设为数小时〜数天 | |
集群模式与分片
在 Valkey 或 Redis OSS 中启用集群模式后，数据会分布到 16384 个哈希槽中，并可通过多个分片水平扩展。每个分片配置主节点和最多 5 个只读副本，以分散读取负载。集群的默认上限不是由分片数而是由节点数决定，主节点与副本合计每个集群最多 90 个节点（不配置副本的构成最多 90 个分片）。在 Valkey 7.2 或更高版本（Redis OSS 5.0.6 或更高版本）中，可通过申请提高上限，将每个集群扩展到最多 500 个节点（官方文档记载值，截至 2026 年 8 月）。客户端按照哈希槽映射将请求发送到正确的分片，槽位移动时通过 MOVED 重定向自动连接。选择节点类型时，内存优化的 r 系列实例（cache.r7g 系列）适合缓存工作负载，并根据数据量和吞吐量要求调整分片数和副本数。启用 Multi-AZ 部署和自动故障转移后，主节点故障时复制延迟最小的副本会被自动提升。官方文档表述为，到能够恢复写入为止通常需要数秒。不过由于复制是异步的，如果被提升的副本稍有滞后，相应部分的写入存在丢失的可能性。不能丢失的数据，前提是也要写入 DynamoDB 或 RDS 等持久存储。
迁移到 Valkey 与 Global Datastore
Valkey 可以直接使用现有的 Redis 客户端库和命令集，无需担心许可证问题即可使用 Redis 兼容环境。从运行中的 Redis OSS 集群可以通过引擎升级操作迁移到 Valkey，已购买的预留节点折扣也可以沿用。使用 Global Datastore 可在区域间异步复制数据，实现灾难恢复（DR）并改善全球读取延迟。主区域发生故障时可以提升次要区域。根据 AWS 官方 FAQ 的记载值（截至 2026 年 8 月），RPO 通常小于 1 秒，RTO 通常也小于 1 分钟（故障转移开始后，次要区域通常在 1 分钟以内变得能够同时承担读写）。通过区域间复制发送的数据会产生传输费用，因此对于写入量大的集群，要把这部分费用计入估算。
ElastiCache Serverless 与运维
ElastiCache Serverless 是 2023 年推出的模式，无需事先设计节点类型和集群大小。支持 Valkey、Redis OSS 与 Memcached 全部 3 种引擎，只需选择引擎即可创建缓存。容量会根据工作负载自动扩缩，从最小配置开始，自动应对流量的增长。费用是基于数据存储量（GB 小时）和 ElastiCache Processing Units（ECPU）使用量的按量计费。ECPU 以读写传输的数据每 1 KB 计 1 ECPU 为基准，在 Valkey 和 Redis OSS 中，占用大量 vCPU 时间的命令按传输量和 vCPU 时间中较大的一方计算。另外，每个缓存规定了最低计费存储：Valkey 为 100 MB，Redis OSS 与 Memcached 为 1 GB（官方价格页面记载值，截至 2026 年 8 月）。可以为数据存储和请求速率设置上限和下限：用上限抑制意外成本，用下限确保基线性能。特别适合流量模式难以预测的新应用以及开发和测试环境。另一方面，在流量模式稳定的生产环境中，使用预留节点的预置配置的成本效率有时会更高。
ElastiCache 费用
（截至 2026 年 8 月，弗吉尼亚北部 us-east-1 与东京 ap-northeast-1）ElastiCache 的计费对象有 4 个维度：基于节点的集群的节点小时计费、Serverless 的数据存储与 ECPU、备份（快照）的存储，以及 Global Datastore 的区域间数据传输。 节点小时计费方面，Valkey 的 cache.r7g.large 在弗吉尼亚北部为 0.1752 USD/小时，在东京为 0.2104 USD/小时。同一节点类型下，Redis OSS 与 Memcached 在弗吉尼亚北部为 0.219 USD/小时，因此 Valkey 的定价便宜约 20%。Serverless 的数据存储以 GB 小时（GB-Hours）为单位计费。Valkey 在弗吉尼亚北部为 0.084 USD/GB 小时、在东京为 0.101 USD/GB 小时，Redis OSS 与 Memcached 在弗吉尼亚北部为 0.125 USD/GB 小时。ECPU 按每 100 万 ECPU 计价：Valkey 在弗吉尼亚北部为 0.0023 USD、在东京为 0.0027 USD，Redis OSS 与 Memcached 在弗吉尼亚北部为 0.0034 USD。备份对超出免费额度的存储量收取 0.085 USD/GB 月（GB-months），弗吉尼亚北部与东京相同。通过 Global Datastore 的区域间复制发送的数据，从弗吉尼亚北部发出为 0.02 USD/GB，从东京发出为 0.09 USD/GB。 最低计费和例外有 3 点。Serverless 规定了每个缓存的最低计费存储（Valkey 100 MB / Redis OSS 与 Memcached 1 GB），即使处于空闲状态，这部分也会计费。启用了 Valkey 耐久性选项（同步写入）的节点，会产生与节点费用不同的计费项目，cache.r7g.large 在弗吉尼亚北部为 0.0315 USD/小时、在东京为 0.0379 USD/小时。继续使用标准支持已结束的引擎版本时，会增加延长支持的计费项目，弗吉尼亚北部的 cache.r7g.large 第 1 至 2 年为 0.175 USD/小时，第 3 年为 0.35 USD/小时。免费套餐的内容因注册时间而异：如果在 2025 年 7 月 15 日之前注册了 AWS 免费套餐，cache.t3.micro 的节点使用量每月 750 小时最长 12 个月免费（Serverless 不在对象内）。该日期及之后的注册，则在 Free Plan 和 Paid Plan 之间选择，并通过抵扣额度使用。 对于流量间断的工作负载，Serverless 的成本较低；对于持续高吞吐量的工作负载，预置节点更有利。在预置配置中可以通过预留节点大幅降低成本，Valkey cache.r7g.large 的 3 年全额预付在弗吉尼亚北部为 2,071.92 USD、在东京为 2,488.19 USD。除以 3 年（26,280 小时）后，每小时的费用约为按需价格的 45%，也就是实际享受约 55% 的折扣。
总结
ElastiCache 是直接有助于减轻数据库负载、改善应用响应速度的缓存服务。新建时以默认引擎 Valkey 为起点，通过组合 Lazy Loading 和 Write-Through 来设计缓存策略。通过集群模式的分片和只读副本确保可扩展性，并可借助 Global Datastore 应对全球部署和灾难恢复。有效的做法是先用 Serverless 模式轻松起步，待工作负载稳定后，再考虑迁移到使用预留节点的预置配置。
参考资料（AWS 官方）
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