memcached完全剖析1. memcached的基础

?

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 = $memcached-> get_r($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_r('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。

                    下次由前坂来说明memcached的内部结构。了解memcached的内部构造，就能知道如何使用memcached才能使Web应用的速度更上一层楼。欢迎继续阅读下一章。

                    ?