memcached 完全解剖1——基础

深藏阁楼爱情的钟 2022-03-28 15:26 188阅读 0赞

# memcached是什么？ #

[memcached][]是以[LiveJournal][]旗下[Danga Interactive][]公司的[Brad Fitzpatric][]为首开发的一款软件。现在已成为[mixi][]、[hatena][]、[Facebook][]、[Vox][]、LiveJournal等众多服务中提高Web应用扩展性的重要因素。

许多Web应用都将数据保存到RDBMS中，应用服务器从中读取数据并在浏览器中显示。但随着数据量的增大、访问的集中，就会出现RDBMS的负担加重、数据库响应恶化、网站显示延迟等重大影响。

这时就该memcached大显身手了。memcached是高性能的分布式内存缓存服务器。一般的使用目的是，通过缓存数据库查询结果，减少数据库访问次数，以提高动态Web应用的速度、提高可扩展性。

![memcached-0001-01.png][]

图1 一般情况下memcached的用途

# memcached的特征 #

memcached作为高速运行的分布式缓存服务器，具有以下的特点。

*  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

##     ##

## 协议简单 ##

memcached的服务器客户端通信并不使用复杂的XML等格式，而使用简单的基于文本行的协议。因此，通过telnet也能在memcached上保存数据、取得数据。下面是例子。

$ telnet localhost 11211 Trying 127.0.0.1... Connected to localhost.localdomain (127.0.0.1). Escape character is '^]'. set foo 0 0 3 （保存命令） bar （数据） STORED （结果） get foo （取得命令） VALUE foo 0 3 （数据） bar （数据）

协议文档位于memcached的源代码内，也可以参考以下的URL。

*  [http://code.sixapart.com/svn/memcached/trunk/server/doc/protocol.txt][http_code.sixapart.com_svn_memcached_trunk_server_doc_protocol.txt]

##     ##

## 基于libevent的事件处理 ##

libevent是个程序库，它将Linux的epoll、BSD类操作系统的kqueue等事件处理功能封装成统一的接口。即使对服务器的连接数增加，也能发挥O(1)的性能。memcached使用这个libevent库，因此能在Linux、BSD、Solaris等操作系统上发挥其高性能。关于事件处理这里就不再详细介绍，可以参考Dan Kegel的The C10K Problem。

*  **libevent**: [ http://www.monkey.org/~provos/libevent/][http_www.monkey.org_provos_libevent]
 *  **The C10K Problem**: [ http://www.kegel.com/c10k.html][http_www.kegel.com_c10k.html]

##     ##

## 内置内存存储方式 ##

为了提高性能，memcached中保存的数据都存储在memcached内置的内存存储空间中。由于数据仅存在于内存中，因此重启memcached、重启操作系统会导致全部数据消失。另外，内容容量达到指定值之后，就基于LRU(Least Recently Used)算法自动删除不使用的缓存。memcached本身是为缓存而设计的服务器，因此并没有过多考虑数据的永久性问题。关于内存存储的详细信息，本连载的第二讲以后前坂会进行介绍，请届时参考。

##     ##

## memcached不互相通信的分布式 ##

memcached尽管是“分布式”缓存服务器，但服务器端并没有分布式功能。各个memcached不会互相通信以共享信息。那么，怎样进行分布式呢？这完全取决于客户端的实现。本连载也将介绍memcached的分布式。

![memcached-0001-02.png][]

图2 memcached的分布式

接下来简单介绍一下memcached的使用方法。

#     #

# 安装memcached #

memcached的安装比较简单，这里稍加说明。

memcached支持许多平台。\* Linux\* FreeBSD\* Solaris (memcached 1.2.5以上版本)\* Mac OS X

另外也能安装在Windows上。

这里使用Fedora Core 8进行说明。

## memcached的安装 ##

运行memcached需要本文开头介绍的libevent库。Fedora 8中有现成的rpm包，通过yum命令安装即可。

$ sudo yum install libevent libevent-devel

memcached的源代码可以从memcached网站上下载。本文执笔时的最新版本为1.2.5。Fedora 8虽然也包含了memcached的rpm，但版本比较老。因为源代码安装并不困难，这里就不使用rpm了。

*  **下载memcached**：[http://www.danga.com/memcached/download.bml][http_www.danga.com_memcached_download.bml]

memcached安装与一般应用程序相同，configure、make、make install就行了。

$ wget http://www.danga.com/memcached/dist/memcached-1.2.5.tar.gz $ tar zxf memcached-1.2.5.tar.gz $ cd memcached-1.2.5 $ ./configure $ make $ sudo make install

默认情况下memcached安装到/usr/local/bin下。

##     ##

## memcached的启动 ##

从终端输入以下命令，启动memcached。

$ /usr/local/bin/memcached -p 11211 -m 64m -vv slab class 1: chunk size 88 perslab 11915 slab class 2: chunk size 112 perslab 9362 slab class 3: chunk size 144 perslab 7281 中间省略 slab class 38: chunk size 391224 perslab 2 slab class 39: chunk size 489032 perslab 2 <23 server listening <24 send buffer was 110592, now 268435456 <24 server listening (udp) <24 server listening (udp) <24 server listening (udp) <24 server listening (udp)

这里显示了调试信息。这样就在前台启动了memcached，监听TCP端口11211最大内存使用量为64M。调试信息的内容大部分是关于存储的信息，下次连载时具体说明。

作为daemon后台启动时，只需

$ /usr/local/bin/memcached -p 11211 -m 64m -d

这里使用的memcached启动选项的内容如下。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">选项</span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">说明 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">-p </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">使用的TCP端口。默认为11211 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">-m </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">最大内存大小。默认为64M </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">-vv </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">用very vrebose模式启动，调试信息和错误输出到控制台 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">-d </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">作为daemon在后台启动 </span></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

上面四个是常用的启动选项，其他还有很多，通过

$ /usr/local/bin/memcached -h

命令可以显示。许多选项可以改变memcached的各种行为，推荐读一读。

#     #

# 用客户端连接 #

许多语言都实现了连接memcached的客户端，其中以Perl、PHP为主。仅仅memcached网站上列出的语言就有

*  Perl
 *  PHP
 *  Python
 *  Ruby
 *  C\#
 *  C/C++
 *  Lua

等等。

*  **memcached客户端API**：[http://www.danga.com/memcached/apis.bml][http_www.danga.com_memcached_apis.bml]

这里介绍通过mixi正在使用的Perl库链接memcached的方法。

#     #

# 使用Cache::Memcached #

Perl的memcached客户端有

*  Cache::Memcached
 *  Cache::Memcached::Fast
 *  Cache::Memcached::libmemcached

等几个CPAN模块。这里介绍的Cache::Memcached是memcached的作者Brad Fitzpatric的作品，应该算是memcached的客户端中应用最为广泛的模块了。

*  **Cache::Memcached – search.cpan.org**:[http://search.cpan.org/dist/Cache-Memcached/][http_search.cpan.org_dist_Cache-Memcached]

##     ##

## 使用Cache::Memcached连接memcached ##

下面的源代码为通过Cache::Memcached连接刚才启动的memcached的例子。

#!/usr/bin/perl use strict; use warnings; use Cache::Memcached; my $key = "foo"; my $value = "bar"; my $expires = 3600; # 1 hour my $memcached = Cache::Memcached->new({ servers => ["127.0.0.1:11211"], compress_threshold => 10_000 }); $memcached->add($key, $value, $expires); my $ret = $memcached->get($key); print "$ret\n";

在这里，为Cache::Memcached指定了memcached服务器的IP地址和一个选项，以生成实例。Cache::Memcached常用的选项如下所示。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">选项 </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">说明 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">servers </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">用数组指定memcached服务器和端口 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">compress_threshold </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">数据压缩时使用的值 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">namespace </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">指定添加到键的前缀 </span></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

另外，Cache::Memcached通过Storable模块可以将Perl的复杂数据序列化之后再保存，因此散列、数组、对象等都可以直接保存到memcached中。

##     ##

## 保存数据 ##

向memcached保存数据的方法有

*  add
 *  replace
 *  set

它们的使用方法都相同：

my $add = $memcached->add( '键', '值', '期限' ); my $replace = $memcached->replace( '键', '值', '期限' ); my $set = $memcached->set( '键', '值', '期限' );

向memcached保存数据时可以指定期限(秒)。不指定期限时，memcached按照LRU算法保存数据。这三个方法的区别如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">选项 </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">说明 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">add </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">仅当存储空间中不存在键相同的数据时才保存 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">replace </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">仅当存储空间中存在键相同的数据时才保存 </span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><span style="font-size:14px">set </span></td> 
   <td><span style="font-size:14px">与add和replace不同，无论何时都保存 </span></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

##     ##

## 获取数据 ##

获取数据可以使用get和get\_multi方法。

my $val = $memcached->get('键'); my $val = $memcached->get_multi('键1', '键2', '键3', '键4', '键5');

一次取得多条数据时使用get*multi。get*multi可以非同步地同时取得多个键值，其速度要比循环调用get快数十倍。

##     ##

## 删除数据 ##

删除数据使用delete方法，不过它有个独特的功能。

$memcached->delete('键', '阻塞时间(秒)');

删除第一个参数指定的键的数据。第二个参数指定一个时间值，可以禁止使用同样的键保存新数据。此功能可以用于防止缓存数据的不完整。但是要注意，**set函数忽视该阻塞，照常保存数据**

##     ##

## 增一和减一操作 ##

可以将memcached上特定的键值作为计数器使用。

my $ret = $memcached->incr('键'); $memcached->add('键', 0) unless defined $ret;

增一和减一是原子操作，但未设置初始值时，不会自动赋成0。因此，应当进行错误检查，必要时加入初始化操作。而且，服务器端也不会对超过2 SUP(32)时的行为进行检查。

#     #

# 总结 #

这次简单介绍了memcached，以及它的安装方法、Perl客户端Cache::Memcached的用法。只要知道，memcached的使用方法十分简单就足够了。

转自：[http://tech.idv2.com/2008/07/10/memcached-001/][http_tech.idv2.com_2008_07_10_memcached-001]

[memcached]: http://www.danga.com/memcached/
[LiveJournal]: http://www.livejournal.com/
[Danga Interactive]: http://www.danga.com/
[Brad Fitzpatric]: http://www.bradfitz.com/
[mixi]: http://mixi.jp/
[hatena]: http://www.hatena.ne.jp/
[Facebook]: http://www.facebook.com/
[Vox]: http://www.vox.com/
[memcached-0001-01.png]: /images/20220328/cb36d984950143a5aa79fbe9947c2fff.png
[http_code.sixapart.com_svn_memcached_trunk_server_doc_protocol.txt]: http://code.sixapart.com/svn/memcached/trunk/server/doc/protocol.txt
[http_www.monkey.org_provos_libevent]: http://www.monkey.org/%7Eprovos/libevent/
[http_www.kegel.com_c10k.html]: http://www.kegel.com/c10k.html
[memcached-0001-02.png]: /images/20220328/7bd7ce0eb0ec487f84f929540e11800b.png
[http_www.danga.com_memcached_download.bml]: http://www.danga.com/memcached/download.bml
[http_www.danga.com_memcached_apis.bml]: http://www.danga.com/memcached/apis.bml
[http_search.cpan.org_dist_Cache-Memcached]: http://search.cpan.org/dist/Cache-Memcached/
[http_tech.idv2.com_2008_07_10_memcached-001]: http://tech.idv2.com/2008/07/10/memcached-001/