GCP-115：Cloud Memorystore 入門——全託管記憶體資料庫完全指南

前言

使用者一按下去就要立刻有反應的東西——購物車、登入狀態、遊戲排行榜——你拿硬碟資料庫去扛，延遲會很有感。這種微秒級延遲（百萬分之一秒等級）的存取，就是記憶體資料庫的主場。Cloud Memorystore 是 GCP 的全託管記憶體資料庫服務，支援 Redis、Valkey 和 Memcached 三種引擎。

這篇是 GCP 入門系列第 15 課，帶你搞懂 Memorystore 到底是什麼、三個引擎差在哪、新專案該選哪個。看完你會知道考試怎麼考你、實作上哪幾個坑一定要先閃過。

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什麼是 Cloud Memorystore？

先補一點背景，免得後面看得霧煞煞。快取（cache） 講白話就是「把常用的資料先放在拿得快的地方」，這樣下次要用就不必每次都跑去翻很慢的硬碟資料庫。讀到快取裡有要的東西叫快取命中（cache hit），沒有、得回頭去查資料庫叫快取未命中（cache miss）。Memorystore 扮演的就是這個「拿得快的地方」。

Memorystore 是 GCP 的全託管記憶體資料庫，資料放在記憶體（RAM）裡而不是硬碟，所以讀寫延遲超低：

應用程式
    │
    ├── 快取命中 → Memorystore（微秒級回應）
    │
    └── 快取未命中 → Cloud SQL / Firestore（毫秒級回應）
                         │
                         └── 寫回 Memorystore（下次命中）

四個產品

產品	說明	狀態
Memorystore for Redis	獨立 Redis 實例（Basic/Standard）	GA
Memorystore for Redis Cluster	分片式 Redis 叢集	GA
Memorystore for Valkey	基於 Valkey（Redis 開源分支）	GA，推薦新專案使用
Memorystore for Memcached	託管 Memcached	已棄用（2029/1/31 停止服務）

Valkey 是 Redis 在 2024 年改授權之後，由 Linux Foundation 主導的開源分支（BSD 3-Clause），協議跟 Redis 完全相容。Google、AWS、Oracle 等都有一起支持。

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Memorystore for Redis（獨立實例）

Basic vs Standard Tier

特性	Basic Tier	Standard Tier
高可用	無（單節點）	跨可用區（zone）複製 + 自動故障轉移
SLA	無	99.9%
讀取副本	無	最多 5 個
最大容量	300 GB	300 GB
RDB 快照	支援	支援（從副本執行，不影響主節點）
適合場景	開發測試、可容忍冷啟動	正式環境

💡 重點提點

Basic 和 Standard 不能互相升級，要換層級就得砍掉重建一台新的。所以建一台正式環境的快取，第一步就把 Standard 選好——別想說「先開 Basic 省錢、之後再升」，到時候你會發現升不了，只能停機搬資料。考試也愛戳這個點：問你「線上服務要高可用、可不可以從 Basic 升到 Standard」，答案是不行，要重建。

容量等級

等級	容量範圍	網路吞吐
M1	1-4 GB	10 Gbps
M2	5-10 GB	10 Gbps
M3	11-35 GB	10 Gbps
M4	36-100 GB	16 Gbps
M5	101-300 GB	16 Gbps

建立與連接

# 建立 Standard Tier Redis 實例
gcloud redis instances create my-cache \
  --size=5 \
  --region=asia-east1 \
  --tier=standard \
  --redis-version=redis_7_2

# 查看實例資訊（含 Host/Port）
gcloud redis instances describe my-cache --region=asia-east1

# 從 VM 連接
redis-cli -h INSTANCE_HOST -p 6379

RDB 快照（備份）

RDB（Redis Database Backup）快照就是把當下記憶體裡的整份資料「拍一張照」存起來，之後可以拿這張照片把資料還原回去——重啟或誤刪時的救命稻草。

# 快照間隔：1h / 6h / 12h / 24h
# 一般建議 maxmemory-gb 抓容量的 8 成左右，留點空間給快照 fork 用

# 匯出到 Cloud Storage
gcloud redis instances export gs://my-bucket/backup.rdb \
  my-cache --region=asia-east1

# 從 Cloud Storage 匯入（會中斷服務）
gcloud redis instances import gs://my-bucket/backup.rdb \
  my-cache --region=asia-east1

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Memorystore for Valkey（推薦新專案）

新專案 Google 現在第一推薦的就是 Valkey，效能比舊的 Redis Cluster 還好：

核心優勢

• Valkey（2024 年以 8.0 首發，現行 GA 版本已是 9.0）：在微秒級延遲下，每秒查詢數（QPS）最高可達 Memorystore for Redis Cluster 的 2 倍
• 支援叢集模式和非叢集模式
• 每個分片（shard，把資料切成好幾塊、分散到不同節點存的單位）：1 個主節點 + 最多 5 個副本
• 最大 250 個分片，總容量可達數十 TB 級（實際看你挑哪種節點型別）
• 零停機擴縮：水平增減分片不中斷服務
• 跨區域複製（GA）
• 向量搜尋（vector search，用「語意相似度」找資料，而不是精準比對關鍵字）：內建支援，常用在 GenAI / RAG 這類應用

節點類型

以下列的是幾種常用型別（官方實際提供更多種，上面還有更大的，例如 highmem-2xlarge）：

節點類型	vCPU	可寫容量	SLA
shared-core-nano	0.5	1.12 GB	無
standard-small	2	5.2 GB	有
highmem-medium	2	10.4 GB	有
highmem-xlarge	8	46.4 GB	有

SLA

• 99.99%：多區域部署 + 副本
• 99.9%：單區域 + 副本
• 無 SLA：shared-core-nano 或無副本

相容性

協議跟 Redis 完全相容，手上現有的 Redis 客戶端（Jedis、redis-py、ioredis 等）不用改就能直接接上。

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Memorystore for Memcached（已棄用）

時間點	事件
2026/1/20	不再推薦使用
2027/2/1	新專案無法建立實例
2029/1/31	完全停止服務

Memcached 跟 Redis/Valkey 差最多的地方：

• 無持久化：純快取，重啟資料全沒，救不回來
• 無複製、無故障轉移（failover，主節點掛了自動換副本頂上的機制）：主節點一倒，這段快取就斷了
• 僅支援簡單 Key-Value：沒有 List、Set、Sorted Set（會自動依分數排序的集合）這些資料結構

Google 建議遷移至 Memorystore for Valkey。

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網路架構

Memorystore 底下的產品全都沒有公開 IP，只能走 VPC（Virtual Private Cloud，你在 GCP 裡的私有網路）連進去：

💡 重點提點

這是新手第一次接 Memorystore 最常卡的地方，也是 ACE 高頻考點：Memorystore 只有私有 IP，你的筆電、公網都連不進去。同一個 VPC 裡的 Compute Engine、GKE 可以直接連；但 Cloud Run、Cloud Functions 這些 Serverless 服務天生在 VPC 外面，一定要先設一條 VPC 連接器（Serverless VPC Access Connector）或開 Direct VPC Egress 才連得到。實作時看到 Cloud Run 連 Redis 一直 timeout，十之八九就是這條沒接。

┌─────────────────────────────────────────┐
│ VPC Network                             │
│                                         │
│  Compute Engine ──→ Memorystore (私有IP) │
│  GKE Pod ────────→ Memorystore (私有IP) │
│                                         │
│  Cloud Run ──→ VPC Connector ──→ Memorystore │
│  Cloud Functions → VPC Connector → Memorystore │
│  App Engine ───→ VPC Connector ──→ Memorystore │
└─────────────────────────────────────────┘

服務	連接方式
Compute Engine	直接透過 VPC（同一網路）
GKE	VPC-native 叢集直接連接
Cloud Run	Serverless VPC Access Connector 或 Direct VPC Egress
Cloud Functions	Serverless VPC Access Connector
App Engine Standard	Serverless VPC Access Connector
App Engine Flex	直接透過 VPC

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常見使用場景

1. Session 快取

import redis

r = redis.Redis(host='MEMORYSTORE_HOST', port=6379)

# 儲存 Session（30 分鐘過期）
r.setex(f"session:{session_id}", 1800, session_data)

# 讀取 Session
session = r.get(f"session:{session_id}")

2. 資料庫查詢快取

def get_user(user_id):
    # 先查快取
    cached = r.get(f"user:{user_id}")
    if cached:
        return json.loads(cached)

    # 快取未命中，查資料庫
    user = db.query("SELECT * FROM users WHERE id = %s", (user_id,))

    # 寫入快取（5 分鐘過期）
    r.setex(f"user:{user_id}", 300, json.dumps(user))
    return user

3. 遊戲排行榜

# 使用 Redis Sorted Set
r.zadd("leaderboard", {"player_a": 1500, "player_b": 2300})

# 取得前 10 名
top_10 = r.zrevrange("leaderboard", 0, 9, withscores=True)

4. API 速率限制

def check_rate_limit(api_key, limit=100, window=60):
    key = f"rate:{api_key}"
    current = r.incr(key)
    if current == 1:
        r.expire(key, window)
    return current <= limit

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Redis vs Valkey vs Memcached 選型

特性	Redis（獨立）	Valkey（叢集）	Memcached
資料結構	String、List、Set、Hash、Stream 等	同左	僅 Key-Value
持久化	RDB 快照	RDB + AOF	無
高可用	Standard Tier 99.9%	99.99%（多區域）	無
最大容量	300 GB	數十 TB 級	依節點數擴展
Pub/Sub	支援	支援	不支援
向量搜尋	不支援	支援	不支援
狀態	GA	GA（推薦）	已棄用

Pub/Sub（Publish/Subscribe，發布／訂閱）是 Redis 內建的訊息廣播機制：發送方丟一則訊息，所有訂閱該頻道的接收方都會即時收到，常拿來做即時通知、聊天室。（注意這跟 GCP 那個獨立的 Cloud Pub/Sub 服務不是同一個東西，只是名字一樣。）AOF（Append Only File）則是另一種持久化方式，把每一筆寫入指令逐筆記下來，比 RDB 快照更不容易掉資料。

選型公式

新專案需要記憶體快取？
  → Memorystore for Valkey ✅（Google 推薦）

既有 Redis 應用、不想改架構？
  → Memorystore for Redis ✅

需要 >300 GB 或 99.99% SLA？
  → Memorystore for Valkey（叢集模式）✅

僅需簡單 Key-Value 快取、不需持久化？
  → 仍建議 Valkey ✅（Memcached 已棄用）

GenAI 向量搜尋？
  → Memorystore for Valkey ✅（內建向量搜尋）

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定價

Redis 獨立實例（us-central1 參考）

等級	Basic Tier（每 GiB/hr）	Standard Tier（每 GiB/hr）
M1（1-4 GB）	~$0.049	~$0.064
M2（5-10 GB）	~$0.027	~$0.046
M3（11-35 GB）	低於 M2	~$0.046

Standard Tier 大概比 Basic Tier 貴 30-50%，畢竟多了複製和 HA 的開銷。

Valkey / Redis Cluster（us-central1 參考）

節點類型	每節點每小時
shared-core-nano	~$0.037
highmem-medium	~$0.192
highmem-xlarge	~$0.994

範例：5 分片 × 1 副本 × highmem-medium = 10 節點 × $0.192 = $1.92 / 小時（~$1,383 / 月）

成本優化

• 承諾使用折扣（CUD，Committed Use Discounts）：先承諾用 1 年或 3 年，換取比隨用隨付更低的價格——承諾越久折扣越多，實際百分比依產品和時間調整，要省錢前先去官方定價頁查當下的數字
• 沒有免費層；不過新帳號有 GCP 註冊後的免費試用額度可以拿來練手（額度與適用範圍以官方為準）

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效能調校建議

1. 記憶體使用率 < 70%——超過會影響延遲
2. maxmemory-gb 設為容量的 80%——預留快照 fork 開銷
3. 使用 I/O Thread——M3 以上搭配 Redis 6.x+ 自動啟用
4. 選擇同區域的 VPC——減少網路跳數
5. 使用 Pipeline / Batch——Pipeline（管線）就是把一堆指令打包成一次送出、不必每條都來回確認，減少 Round-Trip（往返）次數，延遲會明顯下降

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ACE 考試重點整理

必背知識點

1. Memorystore 是全託管記憶體資料庫，支援 Redis、Valkey、Memcached
2. Valkey 是 Redis 開源分支（Linux Foundation），Google 推薦新專案使用
3. Basic Tier 無 SLA，Standard Tier 99.9%，Valkey 多區域 99.99%
4. 只有私有 IP——Cloud Run / Cloud Functions 需要 VPC Connector
5. Memcached 已棄用（2029/1/31 停止服務）
6. Basic 和 Standard 無法互相升級，必須重建
7. RDB 快照匯入會中斷服務

常見陷阱題

Q：Web App 需要毫秒以下的 Session 快取，選什麼？ A：看到「毫秒以下」「Session 快取」這種字眼，這題十之八九就是要你選 Memorystore（for Redis 或 Valkey）。記憶體資料庫才給得起微秒級延遲，硬碟資料庫不可能。

Q：Memorystore 實例可以從公開網路存取嗎？ A：不行。這題年年都考——Memorystore 只有私有 IP，一定要透過 VPC 存取。題目要是把場景設成 Cloud Run / Cloud Functions 連 Memorystore，答案就往「要設 VPC Connector」那個選項去靠。

Q：需要 >300 GB 的記憶體快取並且要 99.99% SLA，選什麼？ A：Memorystore for Valkey（叢集模式）。獨立 Redis 卡在 300 GB，要再大、又要多區域 99.99% SLA，就只剩 Valkey 叢集這條路（最大 250 分片，總容量可達數十 TB 級）。

Q：Redis 和 Memcached 有什麼差別？ A：Redis/Valkey 支援豐富資料結構（List、Set、Hash 等）和持久化。Memcached 只支援簡單 Key-Value 且無持久化。Google 已棄用 Memcached，建議用 Valkey。

Q：什麼是 Valkey？ A：Redis 在 2024 年更改授權後的開源分支，由 Linux Foundation 主導，與 Redis 完全協議相容。

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總結

說到底，Memorystore 就是 GCP 幫你顧好的「拿得快的地方」——需要微秒級延遲的快取（Session、排行榜、速率限制）就找它，新專案直接選 Valkey 準沒錯，Memcached 已經在倒數計時別碰了。考試要記牢的就一句：只有私有 IP，Serverless 一定要 VPC Connector，這一條比什麼容量數字都常考。至於選型，記住三條路就好：要快取找 Memorystore、要持久化的 NoSQL 找 Firestore、要 SQL 找 Cloud SQL。

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