memcache原理

Posted 2020-08-13

memcache是一个免费开源的、高性能的、具有分布式内存对象的缓存系统，通过减轻数据库负载加速动态web应用，提高访问网站的相应速度。memcache将经常存取的数据以key-value的方式缓存在内存中。

memcache和数据库的协作过程：

    1、客户端发送请求到memcache服务器上，memcache检查请求的数据是否存在memcache上，如果存在，直接将数据返回给客户端

    2、如果数据不在memcache上，memcache会去查询数据库，数据库会将数据返回给客户端，同时将数据缓存一份到memcache上

    3、每次数据库数据更新时会同时更新memcache中的数据，保持数据一致

    4、当memcache的内存空间用完时，会使用LRU算法，替换掉最近最少使用的key/value。

memcache的工作过程

memcache是采用C/S架构，服务端启动服务守护进程，监听在指定的IP和端口上，一直处于等待客户端连接的状态。多个服务端可以协同工作，但各个服务器之间不通信，也不共享任何信息，通过对客户端的设计，让memcache能支持大规模缓存。

数据是以key/value的方式保存在memcache的内存中，所以存取速度快，但在服务器重启后内存中的数据就会消失。

memcache的内存分配和管理

memcache使用slab allocation机制来分配和管理内存。按照预先规定的大小，将分配给memcache的内存分割成不同长度的内存块组，其中长度相同的为一组，这些内存块不会被释放。

  优点：可以重复利用

  缺点：可能会造成内存浪费，如将一个100字节的数据存入一个200字节长度的内存块时，会有100字节内存被浪费掉

  解决办法：在启动memcache时指定“-f”选项，控制不同内存块组之间的长度梯度，默认为1.25。

memcache的删除机制

在向memcache中存数据时，可以指定数据的过期时间，当数据过期时，客户端不能通过key取出它的值，其存储空间将被重新使用。但memcache不会监控存入的数据是否过期，而是在获取key值时检查其是否过期，采用这样的策略不会在过期检测上浪费cpu资源。

memcache在分配空间时，会优先使用已经过期的key/value空间，但内存空间被占满时，memcache会使用LRU算法来分配空间，删除最近最少使用的数据，将空间分配给新的数据。如果不想使用LRU算法，可以在启动memcache时使用‘-M’参数，这样当内存耗尽时，会返回一个报错信息。

多memcache服务器协同工作

有多个memcache服务器时，客户端上有服务器列表信息，当客户端要存入数据时，客户端先根据一定的分布式算法确定要将数据存入哪个服务器上。当获取数据时，客户端根据相同的算法确定数据所在的服务器，再到该服务器上获取数据。

优点：将不同数据分散保存在不同的服务器上，当一台服务器发生故障时，只是这台服务器上的数据无法访问，其他服务器上的数据不受影响

客户端上常见的分布式算法

    1、余数分布算法：先求得键的整数散列值，然后除以服务器台数，根据余数确定数据存放在哪台服务器上。

    优点：计算简单，效率高

    缺点：当服务器增加或减少时，会导致所有缓存失效

    2、一致性散列算法：先算出memcache服务器节点的散列值，并将其分配到0到2^32的圆上，然后算出数据的键的散列值并映射到圆上，从数据映射的位置开始顺时针查找，将数据保存在查找到的第一个服务器上。

    优点：当服务器数量发生变化时，影响范围较小，可以最大限度地减少缓存的失效量。

memcache安装注意：

    1、要先安装libevent

    2、将/usr/local/lib加入到/etc/ld.so.conf中

[[email protected] ~]#echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf
[[email protected] ~]#ldconfig

启动memcache

/usr/local/bin/memcached -m 20m -p 11211 -d -u root -P /var/run/memcached.pid -c 1024

-m	指定分配给memcache的内存大小
-p	指定memcache监听的tcp端口（默认11211）
-d	作为守护进程在后台运行
-u	指定运行memcache的用户
-P	指定pid文件
-c	指定memcache最大并发连接的数量（默认1024）

启动后可以使用telnet连接测试

本文出自 “90后” 博客，请务必保留此出处http://lzs66.blog.51cto.com/9607068/1859818