mencached完全剖析

memcached完全剖析–1. memcached的基础
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翻译一篇技术评论社的文章，是讲memcached的连载。fcicq同学说这个东西很有用，希望大家喜欢。
发表日：2008/7/2 
作者：长野雅广(Masahiro Nagano) 
原文链接：http://gihyo.jp/dev/feature/01/memcached/0001 
我是mixi株式会社开发部系统运营组的长野。日常负责程序的运营。从今天开始，将分几次针对最近在Web应用的可扩展性领域的热门话题memcached，与我公司开发部研究开发组的前坂一起，说明其内部结构和使用。
•	memcached是什么？ 
•	memcached的特征 
o	协议简单 
o	基于libevent的事件处理 
o	内置内存存储方式 
o	memcached不互相通信的分布式
•	安装memcached 
o	memcached的安装 
o	memcached的启动
•	用客户端连接 
•	使用Cache::Memcached 
o	使用Cache::Memcached连接memcached 
o	保存数据 
o	获取数据 
o	删除数据 
o	增一和减一操作
•	总结
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。
 
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
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/ 
•	The C10K Problem: 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。
 
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
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。
选项	说明
-p	使用的TCP端口。默认为11211
-m	最大内存大小。默认为64M
-vv	用very vrebose模式启动，调试信息和错误输出到控制台
-d	作为daemon在后台启动
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
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/
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。
选项	说明
servers	用数组指定memcached服务器和端口
compress_threshold	数据压缩时使用的值
namespace	指定添加到键的前缀
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：
选项	说明
add	仅当存储空间中不存在键相同的数据时才保存
replace	仅当存储空间中存在键相同的数据时才保存
set	与add和replace不同，无论何时都保存
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 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。