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memcached详解

时间：2009-01-11 作者：佚名出处：互联网

Memcached由Danga Interactive开发，用于提升LiveJournal.com访问速度的。LJ每秒动态页面访问量几千次，用户700万。Memcached将数据库负载大幅度降低，更好的分配资源，更快速访问。

Memcached是什么?

Memcached是高性能的，分布式的内存对象缓存系统，用于在动态应用中减少数据库负载，提升访问速度。
Memcached由Danga Interactive开发，用于提升LiveJournal.com访问速度的。LJ每秒动态页面访问量几千次，用户700万。Memcached将数据库负载大幅度降低，更好的分配资源，更快速访问。

如何使用memcached-Server端?
在服务端运行：

# ./memcached -d -m 2048 -l 10.0.0.40 -p 11211

这将会启动一个占用2G内存的进程，并打开11211端口用于接收请求。由于32位系统只能处理4G内存的寻址，所以在大于4G内存使用PAE的32位服务器上可以运行2-3个进程，并在不同端口进行监听。

如何使用memcached-Client端?
在应用端包含一个用于描述Client的Class后，就可以直接使用，非常简单。
PHP Example:

$options["servers"] = array("192.168.1.41:11211", "192.168.1.42:11212");
$options["debug"] = false;
$memc = new MemCachedClient($options);
$myarr = array("one","two", 3);
$memc->set("key_one", $myarr);
$val = $memc->get("key_one");
print $val[0]."\n"; // prints 'one‘
print $val[1]."\n"; // prints 'two‘
print $val[2]."\n"; // prints 3

为什么不使用数据库做这些？

暂且不考虑使用什么样的数据库(MS-SQL, Oracle, Postgres, MysQL-InnoDB, etc..), 实现事务(ACID，Atomicity, Consistency, Isolation, and Durability )需要大量开销，特别当使用到硬盘的时候，这就意味着查询可能会阻塞。当使用不包含事务的数据库（例如Mysql-MyISAM），上面的开销不存在，但读线程又可能会被写线程阻塞。
Memcached从不阻塞，速度非常快。

为什么不使用共享内存?
最初的缓存做法是在线程内对对象进行缓存，但这样进程间就无法共享缓存，命中率非常低，导致缓存效率极低。后来出现了共享内存的缓存，多个进程或者线程共享同一块缓存，但毕竟还是只能局限在一台机器上，多台机器做相同的缓存同样是一种资源的浪费，而且命中率也比较低。
Memcached Server和Clients共同工作，实现跨服务器分布式的全局的缓存。并且可以与Web Server共同工作，Web Server对CPU要求高，对内存要求低，Memcached Server对CPU要求低，对内存要求高，所以可以搭配使用。

Mysql 4.x的缓存怎么样?
Mysql查询缓存不是很理想，因为以下几点：
当指定的表发生更新后，查询缓存会被清空。在一个大负载的系统上这样的事情发生的非常频繁，导致查询缓存效率非常低，有的情况下甚至还不如不开，因为它对cache的管理还是会有开销。
在32位机器上，Mysql对内存的操作还是被限制在4G以内，但memcached可以分布开，内存规模理论上不受限制。
Mysql上的是查询缓存，而不是对象缓存，如果在查询后还需要大量其它操作，查询缓存就帮不上忙了。
如果要缓存的数据不大，并且查询的不是非常频繁，这样的情况下可以用Mysql 查询缓存，不然的话memcached更好。

数据库同步怎么样？
这里的数据库同步是指的类似Mysql Master-Slave模式的靠日志同步实现数据库同步的机制。
你可以分布读操作，但无法分布写操作，但写操作的同步需要消耗大量的资源，而且这个开销是随着slave服务器的增长而不断增长的。
下一步是要对数据库进行水平切分，从而让不同的数据分布到不同的数据库服务器组上，从而实现分布的读写，这需要在应用中实现根据不同的数据连接不同的数据库。
当这一模式工作后（我们也推荐这样做），更多的数据库导致更多的让人头疼的硬件错误。
Memcached可以有效的降低对数据库的访问，让数据库用主要的精力来做不频繁的写操作，而这是数据库自己控制的，很少会自己阻塞自己。

Memcached快吗？

非常快，它使用libevent，可以应付任意数量打开的连接（使用epoll，而非poll），使用非阻塞网络IO，分布式散列对象到不同的服务器，查询复杂度是O(1)。

参考资料：
Distributed Caching with Memcached | Linux Journal
http://www.danga.com/

肖理达 (KrazyNio AT hotmail.com), 2006.04. 06, 转载请注明出处

一、memcached 简介

在很多场合，我们都会听到 memcached 这个名字，但很多同学只是听过，并没有用过或实际了解过，只知道它是一个很不错的东东。这里简单介绍一下，memcached 是高效、快速的分布式内存对象缓存系统，主要用于加速 WEB 动态应用程序。

二、memcached 安装

首先是下载 memcached 了，目前最新版本是 1.1.12，直接从官方网站即可下载到 memcached-1.1.12.tar.gz。除此之外，memcached 用到了 libevent，我下载的是 libevent-1.1a.tar.gz。

接下来是分别将 libevent-1.1a.tar.gz 和 memcached-1.1.12.tar.gz 解开包、编译、安装：

# tar -xzf libevent-1.1a.tar.gz
# cd libevent-1.1a
# ./configure --prefix=/usr
# make
# make install
# cd ..
# tar -xzf memcached-1.1.12.tar.gz
# cd memcached-1.1.12
# ./configure --prefix=/usr
# make
# make install

安装完成之后，memcached 应该在 /usr/bin/memcached。

三、运行 memcached 守护程序

运行 memcached 守护程序很简单，只需一个命令行即可，不需要修改任何配置文件（也没有配置文件给你修改）：

/usr/bin/memcached -d -m 128 -l 192.168.1.1 -p 11211 -u httpd

参数解释：

-d 以守护程序（daemon）方式运行 memcached；
-m 设置 memcached 可以使用的内存大小，单位为 M；
-l 设置监听的 IP 地址，如果是本机的话，通常可以不设置此参数；
-p 设置监听的端口，默认为 11211，所以也可以不设置此参数；
-u 指定用户，如果当前为 root 的话，需要使用此参数指定用户。

当然，还有其它参数可以用，man memcached 一下就可以看到了。

四、memcached 的工作原理

首先 memcached 是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，客户端可以由各种语言编写，目前已知的客户端 API 包括 Perl/PHP/Python/Ruby/Java/C#/C 等等。PHP 等客户端在与 memcached 服务建立连接之后，接下来的事情就是存取对象了，每个被存取的对象都有一个唯一的标识符 key，存取操作均通过这个 key 进行，保存到 memcached 中的对象实际上是放置内存中的，并不是保存在 cache 文件中的，这也是为什么 memcached 能够如此高效快速的原因。注意，这些对象并不是持久的，服务停止之后，里边的数据就会丢失。

三、PHP 如何作为 memcached 客户端

有两种方法可以使 PHP 作为 memcached 客户端，调用 memcached 的服务进行对象存取操作。

第一种，PHP 有一个叫做 memcache 的扩展，Linux 下编译时需要带上 –enable-memcache[=DIR] 选项，Window 下则在 php.ini 中去掉 php_memcache.dll 前边的注释符，使其可用。

除此之外，还有一种方法，可以避开扩展、重新编译所带来的麻烦，那就是直接使用 php-memcached-client。

本文选用第二种方式，虽然效率会比扩展库稍差一些，但问题不大。

四、PHP memcached 应用示例

首先下载 memcached-client.php，在下载了 memcached-client.php 之后，就可以通过这个文件中的类“memcached”对 memcached 服务进行操作了。其实代码调用非常简单，主要会用到的方法有 add()、get()、replace() 和 delete()，方法说明如下：

add ($key, $val, $exp = 0)

往 memcached 中写入对象，$key 是对象的唯一标识符，$val 是写入的对象数据，$exp 为过期时间，单位为秒，默认为不限时间；

get ($key)

从 memcached 中获取对象数据，通过对象的唯一标识符 $key 获取；

replace ($key, $value, $exp=0)

使用 $value 替换 memcached 中标识符为 $key 的对象内容，参数与 add() 方法一样，只有 $key 对象存在的情况下才会起作用；

delete ($key, $time = 0)

删除 memcached 中标识符为 $key 的对象，$time 为可选参数，表示删除之前需要等待多长时间。

下面是一段简单的测试代码，代码中对标识符为 ‘mykey’ 的对象数据进行存取操作：

PHP代码:

// 包含 memcached 类文件
require_once("memcached-client.php");
// 选项设置
$options = array(
   "servers" => array("192.168.1.1:11211′), //memcached 服务的地址、端口，可用多个数组元素表示多个 memcached 服务
   "debug" => true, //是否打开 debug
   "compress_threshold" => 10240, //超过多少字节的数据时进行压缩
   "persistant" => false //是否使用持久连接
   );
// 创建 memcached 对象实例
$mc = new memcached($options);
// 设置此脚本使用的唯一标识符
$key = "mykey";
// 往 memcached 中写入对象
$mc->add($key, "some random strings");
$val = $mc->get($key);
echo "n".str_pad("$mc->add() ", 60, "_")."n";
var_dump($val);
// 替换已写入的对象数据值
$mc->replace($key, array("some"=>"haha", "array"=>"xxx"));
$val = $mc->get($key);
echo "n".str_pad("$mc->replace() ", 60, "_")."n";
var_dump($val);
// 删除 memcached 中的对象
$mc->delete($key);
$val = $mc->get($key);
echo "n".str_pad("$mc->delete() ", 60, "_")."n";
var_dump($val);
?>

是不是很简单，在实际应用中，通常会把数据库查询的结果集保存到 memcached 中，下次访问时直接从 memcached 中获取，而不再做数据库查询操作，这样可以在很大程度上减轻数据库的负担。通常会将 SQL 语句 md5() 之后的值作为唯一标识符 key。下边是一个利用 memcached 来缓存数据库查询结果集的示例（此代码片段紧接上边的示例代码）：

PHP代码:

$sql = "SELECT * FROM users";
$key = md5($sql); //memcached 对象标识符
if ( !($datas = $mc->get($key)) ) {
   // 在 memcached 中未获取到缓存数据，则使用数据库查询获取记录集。
   echo "n".str_pad("Read datas from MySQL.", 60, "_")."n";
   $conn = mysql_connect("localhost", "test", "test");
   mysql_select_db("test");
   $result = mysql_query($sql);
   while ($row = mysql_fetch_object($result))
   $datas[] = $row;
   // 将数据库中获取到的结果集数据保存到 memcached 中，以供下次访问时使用。
   $mc->add($key, $datas);
} else {
   echo "n".str_pad("Read datas from memcached.", 60, "_")."n";
}
var_dump($datas);

可以看出，使用 memcached 之后，可以减少数据库连接、查询操作，数据库负载下来了，脚本的运行速度也提高了。

之前我曾经写过一篇名为《PHP 实现多服务器共享 SESSION 数据》文章，文中的 SESSION 是使用数据库保存的，在并发访问量大的时候，服务器的负载会很大，经常会超出 MySQL 最大连接数，利用 memcached，我们可以很好地解决这个问题，工作原理如下：

用户访问网页时，查看 memcached 中是否有当前用户的 SESSION 数据，使用 session_id() 作为唯一标识符；如果数据存在，则直接返回，如果不存在，再进行数据库连接，获取 SESSION 数据，并将此数据保存到 memcached 中，供下次使用；
当前的 PHP 运行结束（或使用了 session_write_close()）时，会调用 My_Sess::write() 方法，将数据写入数据库，这样的话，每次仍然会有数据库操作，对于这个方法，也需要进行优化。使用一个全局变量，记录用户进入页面时的 SESSION 数据，然后在 write() 方法内比较此数据与想要写入的 SESSION 数据是否相同，不同才进行数据库连接、写入数据库，同时将 memcached 中对应的对象删除，如果相同的话，则表示 SESSION 数据未改变，那么就可以不做任何操作，直接返回了；
那么用户 SESSION 过期时间怎么解决呢？记得 memcached 的 add() 方法有个过期时间参数 $exp 吗？把这个参数值设置成小于 SESSION 最大存活时间即可。另外别忘了给那些一直在线的用户延续 SESSION 时长，这个可以在 write() 方法中解决，通过判断时间，符合条件则更新数据库数据。
五、相关资源

memcached 官方网站
PHP memcached client
下载 memcached-client.php

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