memcached完全剖析–1. memcached的基礎_PHP教程

發表日：2008/7/2

原文連結：http://gihyo.jp/dev/feature/01/memcached/0001

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我是mixi株式會社開發部系統運營組的長野。 日常負責程式的運營。從今天開始，將分幾次針對最近在Web應用的可擴充性領域 的熱門話題memcached，與我公司開發部研究開發組的前阪一起， 說明其內部結構和使用。

• memcached是什嗎？
• memcached的特徵
  • 協議簡單
  • 基於libevent的事件處理
  • 內建記憶體儲存方式
  • memcached不互相通訊的分布式
• 安裝memcached
  • memcached的安裝
  • memcached的啟動
• 用用戶端串連
• 使用Cache::Memcached
  • 使用Cache::Memcached串連memcached
  • 儲存資料
  • 擷取資料
  • 刪除資料
  • 增一和減一操作
• 總結

memcached是什嗎？

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

許多Web應用都將資料儲存到RDBMS中，應用伺服器從中讀取資料並在瀏覽器中顯示。 但隨著資料量的增大、訪問的集中，就會出現RDBMS的負擔加重、資料庫響應惡化、 網站顯示延遲等重大影響。

這時就該memcached大顯身手了。memcached是高效能的分布式記憶體快取服務器。 一般的使用目的是，通過快取資料庫查詢結果，減少資料庫訪問次數，以提高動態Web應用的速度、 提高可擴充性。

圖1 一般情況下memcached的用途

memcached的特徵

memcached作為高速啟動並執行分布式快取服務器，具有以下的特點。

• 協議簡單
• 基於libevent的事件處理
• 內建記憶體儲存方式
• memcached不互相通訊的分布式

協議簡單

memcached的伺服器用戶端通訊並不使用複雜的XML等格式， 而使用簡單的基於文本行的協議。因此，通過telnet 也能在memcached上儲存資料、取得資料。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 （儲存命令） bar （資料） STORED （結果） get foo （取得命令） VALUE foo 0 3 （資料） bar （資料）

協議文檔位於memcached的原始碼內，也可以參考以下的URL。

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

基於libevent的事件處理

libevent是個程式庫，它將Linux的epoll、BSD類作業系統的kqueue等事件處理功能 封裝成統一的介面。即使對伺服器的串連數增加，也能發揮O(1)的效能。 memcached使用這個libevent庫，因此能在Linux、BSD、Solaris等作業系統上發揮其高效能。 關於事件處理這裡就不再詳細介紹，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

內建記憶體儲存方式

為了提高效能，memcached中儲存的資料都儲存在memcached內建的記憶體儲存空間中。 由於資料僅存在於記憶體中，因此重啟memcached、重啟作業系統會導致全部資料消失。 另外，內容容量達到指定值之後，就基於LRU(Least Recently Used)演算法自動刪除不使用的緩衝。 memcached本身是為緩衝而設計的伺服器，因此並沒有過多考慮資料的永久性問題。 關於記憶體儲存的詳細資料，本連載的第二講以後前阪會進行介紹，請屆時參考。

memcached不互相通訊的分布式

memcached儘管是“分布式”快取服務器，但伺服器端並沒有分布式功能。 各個memcached不會互相通訊以共用資訊。那麼，怎樣進行分布式呢？ 這完全取決於用戶端的實現。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，這裡稍加說明。

memcached支援許多平台。

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

另外也能安裝在Windows上。這裡使用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的原始碼可以從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。因為原始碼安裝並不困難， 這裡就不使用rpm了。

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

memcached安裝與一般應用程式相同，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

預設情況下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)

這裡顯示了調試資訊。這樣就在前台啟動了memcached，監聽TCP連接埠11211 最大記憶體使用量量為64M。調試資訊的內容大部分是關於儲存的資訊， 下次連載時具體說明。

作為daemon後台啟動時，只需

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

這裡使用的memcached啟動選項的內容如下。

選項說明-p使用的TCP連接埠。預設為11211-m最大記憶體大小。預設為64M-vv用very vrebose模式啟動，調試資訊和錯誤輸出到控制台-d作為daemon在後台啟動

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。

用用戶端串連

許多語言都實現了串連memcached的用戶端，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用戶端API：http://www.danga.com/memcached/apis.bml

這裡介紹通過mixi正在使用的Perl庫連結memcached的方法。

使用Cache::Memcached

Perl的memcached用戶端有

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

等幾個CPAN模組。這裡介紹的Cache::Memcached是memcached的作者Brad Fitzpatric的作品， 應該算是memcached的用戶端中應用最為廣泛的模組了。

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

使用Cache::Memcached串連memcached

下面的原始碼為通過Cache::Memcached串連剛才啟動的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";

在這裡，為Cache::Memcached指定了memcached伺服器的IP地址和一個選項，以產生執行個體。 Cache::Memcached常用的選項如下所示。

選項說明servers用數組指定memcached伺服器和連接埠compress_threshold資料壓縮時使用的值namespace指定添加到鍵的首碼

另外，Cache::Memcached通過Storable模組可以將Perl的複雜資料序列化之後再儲存， 因此散列、數組、對象等都可以直接儲存到memcached中。

儲存資料

向memcached儲存資料的方法有

• 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儲存資料時可以指定期限(秒)。不指定期限時，memcached按照LRU演算法儲存資料。 這三個方法的區別如下：

選項說明add僅當儲存空間中不存在鍵相同的資料時才儲存replace僅當儲存空間中存在鍵相同的資料時才儲存set與add和replace不同，無論何時都儲存

擷取資料

擷取資料可以使用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');

一次取得多條資料時使用get_multi。get_multi可以非同步地同時取得多個索引值， 其速度要比迴圈調用get快數十倍。

刪除資料

刪除資料使用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資料。第二個參數指定一個時間值，可以禁止使用同樣的鍵儲存新資料。 此功能可以用於防止快取資料的不完整。但是要注意，set函數忽視該阻塞，照常儲存資料

增一和減一操作

可以將memcached上特定的索引值作為計數器使用。

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

增一和減一是原子操作，但未設定初始值時，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，伺服器端也不會對 超過2 32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用戶端Cache::Memcached的用法。 只要知道，memcached的使用方法十分簡單就足夠了。

下次由前阪來說明memcached的內部結構。瞭解memcached的內部構造， 就能知道如何使用memcached才能使Web應用的速度更上一層樓。 歡迎繼續閱讀下一章。

著作權聲明：可以任意轉載，但轉載時必須標明原作者charlee、原始連結以及本聲明。

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