MemCached详解

首先，我们来了解一下MemCached与MemCache之间的区别：

Memcache是什么？

Memcache是一个自由和开放源代码、高性能、分配的内存对象缓存系统。用于加速动态web应用程序，减轻数据库负载。

它可以应对任意多个连接，使用非阻塞的网络IO。由于它的工作机制是在内存中开辟一块空间，然后建立一个HashTable，Memcached自管理这 些HashTable。

Memcached又是什么？

Memcached是Memcache系统的主程序文件，以守护程序方式运行于一个或多个服务器中，随时接受客 户端的连接操作，使用共享内存存取数据。

那PHP中的Memcache是什么？php中的所讲的memcache是用于连接Memecached的php支持扩展之一（可用phpinfo查看），类似mbstring，eAccelerator。

简单的说

Memcache是总的缓存系统项目名称，容易和PHP中的Memcache混淆。

我们常提到Memcache其实是PHP中的Memcache，即PHP的Memcached扩展支持。

我们常提到Memcached是服务端主程序文件，服务端安装程序。

为了让你的程序飞起来，必须安装memcached服务端程序和PHP的Memcached扩展，所以如果您要使用Memcache来缓存系统，memcache和memcached两样我们都需要安装。

接下来，我们来了解一下Memcached有关的知识点：

Memcached是danga.com（运营LiveJournal的技术团队）开发的一套分布式内存对象缓存系统，用于在动态系统中减少数据库 负载，提升性能。

它所具有的特点有：

协议简单

基于libevent的事件处理

内置内存存储方式

memcached不互相通信的分布式

Memcached处理的原子是每一个（key，value）对（以下简称kv对），key会通过一个hash算法转化成hash-key，便于查找、对比以及做到尽可能的散列。同时，memcached用的是一个二级散列，通过一张大hash表来维护。

Memcached有两个核心组件组成：服务端（ms）和客户端（mc），在一个memcached的查询中，mc先通过计算key的hash值来 确定kv对所处在的ms位置。当ms确定后，客户端就会发送一个查询请求给对应的ms，让它来查找确切的数据。因为这之间没有交互以及多播协议，所以 memcached交互带给网络的影响是最小化的。

内存分配

默认情况下，ms是用一个内置的叫“块分配器”的组件来分配内存的。舍弃c++标准的malloc/free的内存分配，而采用块分配器的主要目的 是为了避免内存碎片，否则操作系统要花费更多时间来查找这些逻辑上连续的内存块（实际上是断开的）。用了块分配器，ms会轮流的对内存进行大块的分配，并 不断重用。当然由于块的大小各不相同，当数据大小和块大小不太相符的情况下，还是有可能导致内存的浪费。

同时，ms对key和data都有相应的限制，key的长度不能超过250字节，data也不能超过块大小的限制 --- 1MB。
因为mc所使用的hash算法，并不会考虑到每个ms的内存大小。理论上mc会分配概率上等量的kv对给每个ms，这样如果每个ms的内存都不太一样，那 可能会导致内存使用率的降低。所以一种替代的解决方案是，根据每个ms的内存大小，找出他们的最大公约数，然后在每个ms上开n个容量=最大公约数的 instance，这样就等于拥有了多个容量大小一样的子ms，从而提供整体的内存使用率。

缓存策略

当ms的hash表满了之后，新的插入数据会替代老的数据，更新的策略是LRU（最近最少使用），以及每个kv对的有效时限。Kv对存储有效时限是在mc端由app设置并作为参数传给ms的。

同时ms采用是偷懒替代法，ms不会开额外的进程来实时监测过时的kv对并删除，而是当且仅当，新来一个插入的数据，而此时又没有多余的空间放了，才会进行清除动作。

缓存数据库查询

现在memcached最流行的一种使用方式是缓存数据库查询，下面举一个简单例子说明：

App需要得到userid=xxx的用户信息，对应的查询语句类似：

“SELECT * FROM users WHERE userid = xxx”

App先去问cache，有没有“user:userid”（key定义可预先定义约束好）的数据，如果有，返回数据；如果没有，App会从数据库中读取数据，并调用cache的add函数，把数据加入cache中。

当取的数据需要更新，app会调用cache的update函数，来保持数据库与cache的数据同步。

从上面的例子我们也可以发现，一旦数据库的数据发现变化，我们一定要及时更新cache中的数据，来保证app读到的是同步的正确数据。当然我们可 以通过定时器方式记录下cache中数据的失效时间，时间一过就会激发事件对cache进行更新，但这之间总会有时间上的延迟，导致app可能从 cache读到脏数据，这也被称为狗洞问题。（以后我会专门描述研究这个问题）

数据冗余与故障预防

从设计角度上，memcached是没有数据冗余环节的，它本身就是一个大规模的高性能cache层，加入数据冗余所能带来的只有设计的复杂性和提高系统的开支。

当一个ms上丢失了数据之后，app还是可以从数据库中取得数据。不过更谨慎的做法是在某些ms不能正常工作时，提供额外的ms来支持cache，这样就不会因为app从cache中取不到数据而一下子给数据库带来过大的负载。

同时为了减少某台ms故障所带来的影响，可以使用“热备份”方案，就是用一台新的ms来取代有问题的ms，当然新的ms还是要用原来ms的IP地址，大不了数据重新装载一遍。

另外一种方式，就是提高你ms的节点数，然后mc会实时侦查每个节点的状态，如果发现某个节点长时间没有响应，就会从mc的可用server列表里 删除，并对server节点进行重新hash定位。当然这样也会造成的问题是，原本key存储在B上，变成存储在C上了。所以此方案本身也有其弱点，最好 能和“热备份”方案结合使用，就可以使故障造成的影响最小化。

Memcached客户端(mc)

Memcached客户端有各种语言的版本供大家使用，包括java，c，php，.net等等，具体可参见memcached api page [2]。
大家可以根据自己项目的需要，选择合适的客户端来集成。

缓存式的WEB应用程序架构

有了缓存的支持，我们可以在传统的app层和db层之间加入cache层，每个app服务器都可以绑定一个mc，每次数据的读取都可以从ms中取得，如果 没有，再从db层读取。而当数据要进行更新时，除了要发送update的sql给db层，同时也要将更新的数据发给mc，让mc去更新ms中的数据。

性能测试

Memcached 写速度
平均速度: 16222 次/秒
最大速度 18799 次/秒

Memcached 读速度
平均速度: 20971 次/秒
最大速度 22497 次/秒

Memcachedb 写速度
平均速度: 8958 次/秒
最大速度 10480 次/秒

Memcachedb 读速度
平均速度: 6871 次/秒
最大速度 12542 次/秒
Memcached客户端(mc)的使用方法

创建memcached.xml文件：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><memcached>       <client name="mclient0" compressEnable="true" defaultEncoding="UTF-8" socketpool="pool0">        <errorHandler>com.moit.xplatform.asf.cache.memcached.MemcachedErrorHandler</errorHandler>    </client>       <client name="mclient1" compressEnable="true" defaultEncoding="UTF-8" socketpool="pool1">        <errorHandler>com.moit.xplatform.asf.cache.memcached.MemcachedErrorHandler</errorHandler>    </client>       <client name="mclient2" compressEnable="true" defaultEncoding="UTF-8" socketpool="pool2">        <errorHandler>com.moit.xplatform.asf.cache.memcached.MemcachedErrorHandler</errorHandler>    </client>       <socketpool name="pool0" failover="true" initConn="5" minConn="5" maxConn="250" maintSleep="0"        nagle="false" socketTO="3000" aliveCheck="true">

<!--MS的服务器地址-->        <servers>192.168.3.251:11211,192.168.3.251:11211</servers>    </socketpool>       <socketpool name="pool1" failover="true" initConn="5" minConn="5" maxConn="250" maintSleep="0"        nagle="false" socketTO="3000" aliveCheck="true">        <servers>192.168.3.251:11211,192.168.3.251:11211</servers>    </socketpool>       <socketpool name="pool2" failover="true" initConn="5" minConn="5" maxConn="250" maintSleep="0"        nagle="false" socketTO="3000" aliveCheck="true">        <servers>192.168.3.251:11211,192.168.3.251:11211</servers>    </socketpool>    <cluster name="cluster1">        <memCachedClients>mclient1,mclient2</memCachedClients>    </cluster></memcached>

//用containsKey方法判断cache服务器按指定的key值是否存在。System.out.println("是否包含了key的数据="+cache.containsKey("key"));if(cache.containsKey("key")){    System.out.println("包含了key的数据");    System.out.println("从cache服务器获得key值");}else{    System.out.println("没有包含了key的数据");    System.out.println("cache服务器,没有数据,则去取数据库数据!");}

例子如下：

static ICacheManager<IMemcachedCache> manager;

public String memcache(){    manager = CacheUtil.getCacheManager(IMemcachedCache.class,    MemcachedCacheManager.class.getName());    manager.start();    try{

       //"mclient0"为配置文件中client标签中的名字       IMemcachedCache cache = manager.getCache("mclient0");       //根据key得到缓存数据        String a =(String)cache.get("key");       //用containsKey方法判断cache服务器按指定的key值是否存在。        System.out.println("是否包含了key的数据="+cache.containsKey("key"));       if(cache.containsKey("key"))       {        System.out.println("包含了key的数据");        System.out.println("从cache服务器获得key值");       }       else       {        System.out.println("没有包含了key的数据");        System.out.println("cache服务器,没有数据,则去取数据库数据!");       }       //根据key删除服务器上的对应的缓存数据        cache.remove("key");       //根据key保存数据到服务器上        cache.put("key", "你好!");       //设置带有过期时间的例子        //过30分钟        Calendar calendar = Calendar.getInstance();//当前日期        calendar.setTime(new Date());        calendar.add(Calendar.MINUTE, 30);//        cache.remove("keytime");        cache.put("keytime", "30分钟后过期",calendar.getTime());        System.out.println("30分钟后过期=keytime="+cache.get("keytime"));        System.out.println("cache服务器getTime="+calendar.getTime());       }finally{ manager.stop();}     //jsp 使用请参考test.jsp文件     return "testmempage";}

安装memcache

# cd /usr/local/src
# wget http://pecl.php.net/get/memcache-2.2.5.tgz
# gzip -d memcache-2.2.5.tgz
# tar xvf memcache-2.2.5.tar
# cd memcache-2.2.5

以下几句，是以php所在目录为/usr/local/php为例，如果您的php有变化，请自行替换几句中/usr/local/php的部分

# /usr/local/php/bin/phpize
# ./configure --enable-memcache --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config --with-zlib-dir
# make && make install

将memcache加入php扩展

# vi /etc/php.ini（/etc/php.ini地址为我的php.ini位置，如果你不知道你的php.ini在哪里，可以用# find / -name php.ini进行查找，或者传个探针phpinfo，找到Configuration File (php.ini) Path）中php.ini的位置.

末尾加入

按键盘上的 i 开始编辑

CTRL+F翻页拉到最下面在［Zend］之前加入

extension_dir = "/usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20060613/"
extension=memcache.so

按Esc键，再输入

：wq

保存退出

重启你的web服务器，比如apache

/etc/init.d/httpd restart

下面刷新下PHP探针，看下是不是有这个了，有的话就是装好了

memcache
Version 2.2.5memcache
Version 2.2.5

下面安装memcached

装memcached首先需要安装安装libevent

如果是centos可以yum安装

# yum install libevent-devel

如果不支持yum的系统，可以这样装libevent

# cd /usr/local/src
# wget http://www.monkey.org/~provos/libevent-1.4.12-stable.tar.gz
# tar vxf libevent-1.4.12-stable.tar.gz
# cd libevent-1.4.12
# ./configure --prefix=/usr/local/libevent
# make && make install

接续安装memcached

# cd /usr/local/src
# wget http://cloud.github.com/downloads/saberma/saberma.github.com/memcached-1.4.4.tar.gz
# tar vxf memcached-1.4.4.tar.gz
# cd memcached-1.4.4
# ./configure --prefix=/usr/local/memcached
# make && make install

安装完后启动memcached并分配32m内存（32为使用内存数，可按自身情况修改）

/usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 32 -l 127.0.0.1 -p 11211 -u root

将memcached加入启动项

# vi /etc/rc.d/rc.local

按键盘上的 i 开始编辑

在最后加入

/usr/local/memcached/bin/memcached -d -m 32 -l 127.0.0.1 -p 11211 -u root

按Esc键，再输入

：wq

保存退出

如果需要，可以reboot一下，不过不用reboot应该已经生效~

加速效果测试

用没有什么负载的Discuz X1做个测试，未启用时

GMT+8, 2010-9-12 09:08, Processed in 0.038893 second(s), 2 queries.

缓存启用后的效果，不过总体感觉VPS上效果不如用eAccelerato缓存加入效果那么明显

GMT+8, 2010-9-12 09:08, Processed in 0.008383 second(s), 2 queries, Memcache On.

大功告成，打完收工！~~

参考资源：

http://www.chinaz.com/web/2010/0916/133310.shtml

http://www.cnblogs.com/mandela/archive/2011/08/08/2131339.html
http://sebug.net/paper/databases/nosql/Nosql.html

http://blog.sina.com.cn/s/blog_6cabf4070100pccn.html