memcached是什么？

memcached 是以 LiveJournal 旗下 Danga Interactive 公司的 Brad Fitzpatric 為首開發的一款軟件。現在已成為 mixi 、 hatena 、 Facebook 、 Vox 、LiveJournal等眾多服務中提高Web應用擴展性的重要因素。

許多Web應用都將數據保存到RDBMS中，應用服務器從中讀取數據并在瀏覽器中顯示。但隨著數據量的增大、訪問的集中，就會出現RDBMS的負擔加重、數據庫響應惡化、網站顯示延遲等重大影響。

這時就該memcached大顯身手了。memcached是高性能的分布式內存緩存服務器。一般的使用目的是，通過緩存數據庫查詢結果，減少數據庫訪問次數，以提高動態Web應用的速度、提高可擴展性。

圖1 一般情況下memcached的用途

memcached的特征

memcached作為高速運行的分布式緩存服務器，具有以下的特點。

• 協議簡單
• 基于libevent的事件處理
• 內置內存存儲方式
• memcached不互相通信的分布式

協議簡單

memcached的服務器客戶端通信并不使用復雜的XML等格式，而使用簡單的基于文本行的協議。因此，通過telnet也能在memcached上保存數據、取得數據。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               （數據）
STORED            （結果）
get foo           （取得命令）
VALUE foo 0 3     （數據）
bar               （數據）
  

協議文檔位于memcached的源代碼內，也可以參考以下的URL。

• http://code.sixapart.com/svn/memcached/trunk/server/doc/protocol.txt

基于libevent的事件處理

libevent是個程序庫，它將Linux的epoll、BSD類操作系統的kqueue等事件處理功能封裝成統一的接口。即使對服務器的連接數增加，也能發揮O(1)的性能。memcached使用這個libevent庫，因此能在Linux、BSD、Solaris等操作系統上發揮其高性能。關于事件處理這里就不再詳細介紹，可以參考Dan Kegel的The C10K Problem。

• libevent : http://www.monkey.org/~provos/libevent/
• The C10K Problem : http://www.kegel.com/c10k.html

內置內存存儲方式

為了提高性能，memcached中保存的數據都存儲在memcached內置的內存存儲空間中。由于數據僅存在于內存中，因此重啟memcached、重啟操作系統會導致全部數據消失。另外，內容容量達到指定值之后，就基于LRU(Least Recently Used)算法自動刪除不使用的緩存。memcached本身是為緩存而設計的服務器，因此并沒有過多考慮數據的永久性問題。關于內存存儲的詳細信息，本連載的第二講以后前坂會進行介紹，請屆時參考。

memcached不互相通信的分布式

memcached盡管是“分布式”緩存服務器，但服務器端并沒有分布式功能。各個memcached不會互相通信以共享信息。那么，怎樣進行分布式呢？這完全取決于客戶端的實現。本連載也將介紹memcached的分布式。

圖2 memcached的分布式

接下來簡單介紹一下memcached的使用方法。

安裝memcached

memcached的安裝比較簡單，這里稍加說明。

memcached支持許多平臺。

• Linux
• FreeBSD
• Solaris (memcached 1.2.5以上版本)
• Mac OS X

另外也能安裝在Windows上。這里使用Fedora Core 8進行說明。

memcached的安裝

運行memcached需要本文開頭介紹的libevent庫。Fedora 8中有現成的rpm包，通過yum命令安裝即可。

    $ sudo yum install libevent libevent-devel
  

memcached的源代碼可以從memcached網站上下載。本文執筆時的最新版本為1.2.5。Fedora 8雖然也包含了memcached的rpm，但版本比較老。因為源代碼安裝并不困難，這里就不使用rpm了。

• 下載memcached ： http://www.danga.com/memcached/download.bml

memcached安裝與一般應用程序相同，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
  

默認情況下memcached安裝到/usr/local/bin下。

memcached的啟動

從終端輸入以下命令，啟動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
中間省略
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)
  

這里顯示了調試信息。這樣就在前臺啟動了memcached，監聽TCP端口11211最大內存使用量為64M。調試信息的內容大部分是關于存儲的信息，下次連載時具體說明。

作為daemon后臺啟動時，只需

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

這里使用的memcached啟動選項的內容如下。

上面四個是常用的啟動選項，其他還有很多，通過

    $ /usr/local/bin/memcached -h
  

命令可以顯示。許多選項可以改變memcached的各種行為，推薦讀一讀。

用客戶端連接

許多語言都實現了連接memcached的客戶端，其中以Perl、PHP為主。僅僅memcached網站上列出的語言就有

• Perl
• PHP
• Python
• Ruby
• C#
• C/C++
• Lua

等等。

• memcached客戶端API ： http://www.danga.com/memcached/apis.bml

這里介紹通過mixi正在使用的Perl庫鏈接memcached的方法。

使用Cache::Memcached

Perl的memcached客戶端有

• Cache::Memcached
• Cache::Memcached::Fast
• Cache::Memcached::libmemcached

等幾個CPAN模塊。這里介紹的Cache::Memcached是memcached的作者Brad Fitzpatric的作品，應該算是memcached的客戶端中應用最為廣泛的模塊了。

• Cache::Memcached - search.cpan.org : http://search.cpan.org/dist/Cache-Memcached/

使用Cache::Memcached連接memcached

下面的源代碼為通過Cache::Memcached連接剛才啟動的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";
  

在這里，為Cache::Memcached指定了memcached服務器的IP地址和一個選項，以生成實例。Cache::Memcached常用的選項如下所示。

另外，Cache::Memcached通過Storable模塊可以將Perl的復雜數據序列化之后再保存，因此散列、數組、對象等都可以直接保存到memcached中。

保存數據

向memcached保存數據的方法有

• add
• replace
• set

它們的使用方法都相同：

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

向memcached保存數據時可以指定期限(秒)。不指定期限時，memcached按照LRU算法保存數據。這三個方法的區別如下：

獲取數據

獲取數據可以使用get和get_multi方法。

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

一次取得多條數據時使用get_multi。get_multi可以非同步地同時取得多個鍵值，其速度要比循環調用get快數十倍。

刪除數據

刪除數據使用delete方法，不過它有個獨特的功能。

    $memcached->delete('鍵', '阻塞時間(秒)');
  

刪除第一個參數指定的鍵的數據。第二個參數指定一個時間值，可以禁止使用同樣的鍵保存新數據。此功能可以用于防止緩存數據的不完整。但是要注意， set函數忽視該阻塞，照常保存數據

增一和減一操作

可以將memcached上特定的鍵值作為計數器使用。

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

增一和減一是原子操作，但未設置初始值時，不會自動賦成0。因此，應當進行錯誤檢查，必要時加入初始化操作。而且，服務器端也不會對超過2³²時的行為進行檢查。

總結

這次簡單介紹了memcached，以及它的安裝方法、Perl客戶端Cache::Memcached的用法。只要知道，memcached的使用方法十分簡單就足夠了。

memcached完全剖析–1. memcached的基礎