分布式缓存学习总结

Posted 2020-06-13

一、分布式缓存简图

二、为什么使用Memcached分布式缓存呢？

三、Memcached基础原理

四、Memcache下载与安装

五、MencacheHelper.cs 示例使用 结合Session与项目配置缓存

六、Redis和Memcache的区别总结

 

一、分布式缓存简图

 

 

二、为什么使用Memcached分布式缓存呢？

首先先讲讲为何要缓存，在数据驱动的web开发中，经常要重复从数据库中取出相同的数据，这种重复极大的增加了数据库负载。缓存是解决这个问题的好办法。但是ASP.NET中的虽然已经可以实现对页面局部进行缓存，但还是不够灵活。Memcached应运而生。

 

1、高并发访问数据库的痛楚：死锁！

2、磁盘IO之痛，数据库读写说白了就是跟磁盘打交道，磁盘读取速度是有限制的，一般高点也就7200转

3、多客户端共享缓存

4、Net+Memory  >> IO

5、读写性能完美 1s 读取可以达到1w次 写：10w次

6、超简单集群搭建 Clister

7、开源 Open Source

8、没有提供主从赋值功能，也没提供容灾等功能（容灾：即数据备份能使意外发生后恢复数据，Memcached不会进行备份，由于是缓存在内存中的，一断电就会失去数据

 

），所以所有的代码基本都只考虑性能最佳。如要考虑容灾，则可使用Redis分布式缓存

9、学习成本非常低，入门非常容易

10、丰富的成功的案例。很多大型公司都是用这个来做分布式缓存

注：Memcached在企业中一般都是在linux下跑，才能达到性能最佳。

 

三、Memcached基础原理

底层通信是使用Socket

可以将缓存服务器理解为Socket服务端，将WEB服务器理解为客户端。

 

四、Memcache下载与安装

下载，百度一下或者直接在csdn上搜一下windows Memcache稳定版就行，0积分。

1、下载完后，就这么个exe

 

2、安装，敲几行cmd命令就行，截图如下，左边是我们计算机服务列表，可以看到，已经启动了我们的Memcached（Memcache是这个开源项目的名称，加个d，Memcached是具体这个应用程序，也就是这个exe的名称）

 

3、现在已经启动服务了，且将其安装到windows服务上了，这样一来，就不用每次手动去启动了，随电脑而启动。

 

现在来测试下，随便新建个控制台应用程序

　　

using Memcached.ClientLibrary;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace 测试
{
public class MemcacheTset
{
public static void Test()
{
string[] serverlist = { "127.0.0.1:11211" }; //服务器列表，可多个 用逗号隔开

//初始化池
SockIOPool pool = SockIOPool.GetInstance();

//根据实际情况修改下面参数
pool.SetServers(serverlist);
pool.InitConnections = 3;
pool.MinConnections = 3;
pool.MaxConnections = 5;
pool.SocketConnectTimeout = 1000;
pool.SocketTimeout = 3000;
pool.MaintenanceSleep = 30;
pool.Failover = true;
pool.Nagle = false;
pool.Initialize(); // initialize the pool for memcache servers

//获得客户端实例
MemcachedClient mc = new MemcachedClient();//初始化一个客户端
mc.EnableCompression = false;

Console.WriteLine("---------测试----------");
mc.Set("test","my value");//存储数据到缓存服务器，这里将字符串"my value"缓存，key

if (mc.KeyExists("test"))//测试缓存存在key为test的项目
{
Console.WriteLine("test is Exists");
Console.WriteLine(mc.Get("test").ToString());//在缓存中获取key为test的项目
}
else
{
Console.WriteLine("test not Exists");
}

Console.ReadLine();

mc.Delete("test");//移除缓存中key为test的项目

if (mc.KeyExists("test"))
{
Console.WriteLine("test is Exists");
Console.WriteLine(mc.Get("test").ToString());
}
else
{
Console.WriteLine("test not Exists");
}

Console.ReadLine();

SockIOPool.GetInstance().Shutdown();//关闭池，关闭sockets
}
}
}

 1 using Memcached.ClientLibrary;
 2 using System;
 3 using System.Collections.Generic;
 4 using System.Linq;
 5 using System.Text;
 6 using System.Threading.Tasks;
 7 
 8 namespace 测试
 9 {
10     public class MemcacheTset
11     {
12         public static void Test()
13         {
14             string[] serverlist = { "127.0.0.1:11211" }; //服务器列表，可多个 用逗号隔开     
15             
16             //初始化池
17             SockIOPool pool = SockIOPool.GetInstance();
18 
19             //根据实际情况修改下面参数
20             pool.SetServers(serverlist);
21             pool.InitConnections = 3;
22             pool.MinConnections = 3;
23             pool.MaxConnections = 5;
24             pool.SocketConnectTimeout = 1000;
25             pool.SocketTimeout = 3000;
26             pool.MaintenanceSleep = 30;
27             pool.Failover = true;
28             pool.Nagle = false;
29             pool.Initialize(); // initialize the pool for memcache servers  
30          
31             //获得客户端实例
32             MemcachedClient mc = new MemcachedClient();//初始化一个客户端 
33             mc.EnableCompression = false;
34 
35             Console.WriteLine("---------测试----------");
36             mc.Set("test","my value");//存储数据到缓存服务器，这里将字符串"my value"缓存，key
37 
38             if (mc.KeyExists("test"))//测试缓存存在key为test的项目
39             {
40                 Console.WriteLine("test is Exists");
41                 Console.WriteLine(mc.Get("test").ToString());//在缓存中获取key为test的项目
42             }
43             else 
44             {
45                 Console.WriteLine("test not Exists");
46             }
47 
48             Console.ReadLine();
49 
50             mc.Delete("test");//移除缓存中key为test的项目
51 
52             if (mc.KeyExists("test"))
53             {
54                 Console.WriteLine("test is Exists");
55                 Console.WriteLine(mc.Get("test").ToString());
56             }
57             else
58             {
59                 Console.WriteLine("test not Exists");
60             }
61 
62             Console.ReadLine();
63 
64             SockIOPool.GetInstance().Shutdown();//关闭池，关闭sockets
65         }
66     }
67 }

 

如果程序运行正常，说明我们的Memcache服务已启动且运行正常。

有一点，别忘咯，就是我们Memcache的驱动，同样，百度C# Memcache安装就OK。

好了，现在我们就实际来应用下吧。

五、MencacheHelper.cs 示例使用 结合项目配置缓存

对于什么是项目配置，相信大家肯定都熟悉的，就是将业务中不经常更改的数据如系统邮件地址，将其存在数据库中，方便更改。

然后，回头看这几个字，“不经常更改”，我们就得注意了，这样的数据，我们就得想到缓存了，缓存就是用来管理这样的数据。然后呢，我们就可以使用我们的Memcache来管理它了。

项目中，我们可以新建个MemcacheHelper类来封装下代码，我写了个最简单的存取删除。

 

using Memcached.ClientLibrary;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace JOEY.BookShop.Common
{
public class MemcacheHelper
{
private static readonly MemcachedClient mc;
static MemcacheHelper()
{
string[] serverlist = { "127.0.0.1:11211" }; //服务器列表，可多个 用逗号隔开

//初始化池
SockIOPool pool = SockIOPool.GetInstance();

//根据实际情况修改下面参数
pool.SetServers(serverlist);
pool.InitConnections = 3;
pool.MinConnections = 3;
pool.MaxConnections = 5;
pool.SocketConnectTimeout = 1000;
pool.SocketTimeout = 3000;
pool.MaintenanceSleep = 30;
pool.Failover = true;
pool.Nagle = false;
pool.Initialize(); // initialize the pool for memcache servers

//获得客户端实例
mc = new MemcachedClient();//初始化一个客户端
mc.EnableCompression = false;
}

/// <summary>
/// 存
/// </summary>
/// <param name="key"></param>
/// <param name="value"></param>
public static void Set(string key, object value)
{
mc.Set(key, value);
}

public static void Set(string key, object value, DateTime time)
{
mc.Set(key, value, time);
}

/// <summary>
/// 取
/// </summary>
/// <param name="key"></param>
/// <returns></returns>
public static object Get(string key)
{
if (mc.KeyExists(key))
{
return mc.Get(key);
}
else
{
return null;
}

}

/// <summary>
/// 删除
/// </summary>
/// <param name="key"></param>
/// <returns></returns>
public static bool Delete(string key)
{
if (mc.KeyExists(key))
{
mc.Delete(key);
return true;
}
return false;
}
}
}

 1 using Memcached.ClientLibrary;
 2 using System;
 3 using System.Collections.Generic;
 4 using System.Linq;
 5 using System.Text;
 6 using System.Threading.Tasks;
 7 
 8 namespace JOEY.BookShop.Common
 9 {
10     public class MemcacheHelper
11     {
12         private static readonly MemcachedClient mc;
13         static MemcacheHelper()
14         {
15             string[] serverlist = { "127.0.0.1:11211" }; //服务器列表，可多个 用逗号隔开     
16 
17             //初始化池
18             SockIOPool pool = SockIOPool.GetInstance();
19 
20             //根据实际情况修改下面参数
21             pool.SetServers(serverlist);
22             pool.InitConnections = 3;
23             pool.MinConnections = 3;
24             pool.MaxConnections = 5;
25             pool.SocketConnectTimeout = 1000;
26             pool.SocketTimeout = 3000;
27             pool.MaintenanceSleep = 30;
28             pool.Failover = true;
29             pool.Nagle = false;
30             pool.Initialize(); // initialize the pool for memcache servers  
31 
32             //获得客户端实例
33             mc = new MemcachedClient();//初始化一个客户端 
34             mc.EnableCompression = false;
35         }
36 
37         /// <summary>
38         /// 存
39         /// </summary>
40         /// <param name="key"></param>
41         /// <param name="value"></param>
42         public static void Set(string key, object value)
43         {
44             mc.Set(key, value);
45         }
46 
47         public static void Set(string key, object value, DateTime time)
48         {
49             mc.Set(key, value, time);
50         }
51 
52         /// <summary>
53         /// 取
54         /// </summary>
55         /// <param name="key"></param>
56         /// <returns></returns>
57         public static object Get(string key)
58         {
59             if (mc.KeyExists(key))
60             {
61                 return mc.Get(key);
62             }
63             else
64             {
65                 return null;
66             }
67             
68         }
69 
70         /// <summary>
71         /// 删除
72         /// </summary>
73         /// <param name="key"></param>
74         /// <returns></returns>
75         public static bool Delete(string key)
76         {
77             if (mc.KeyExists(key))
78             {
79                 mc.Delete(key);
80                 return true;
81             }
82             return false;
83         }
84     }
85 }

 

1 var setting = this.DbSession.SettingsDal.LoadEntities(c => c.Name == "系统邮件地址").FirstOrDefault();
2 string value = setting.Value.Trim();
3 MemcacheHelper.Set("setting_" + key, value);

这样就将我们的从数据库中取出的系统邮件地址存储到了Memcache中，很方便吧。取的话就是：

object obj = MemcacheHelper.Get("setting_" + "系统邮件地址");

这里由于存取的数据均为字符串，不存在序列化的问题，如果存取的对象类型不是字符串，如某个表Model，那么就得通过序列化来进行操作，对于序列化，本人是使用Json.Net来操作。

再来个辅助类吧。

using Newtonsoft.Json;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace JOEY.BookShop.Common
{
/// <summary>
/// Json.Net 序列化，对于由于相互引用类型导致的序列化死循环，可在该对象上加个特性标签[JsonIgnore] 如在Model中有外键，两个模型间相互引用即造成该问题
/// </summary>
public class SerializeHelper
{
/// <summary>
/// 传入对象，序列化成字符串返回
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
/// <returns></returns>
public static string SerializeToString(object obj)
{
return JsonConvert.SerializeObject(obj);
}
/// <summary>
/// 传入序列化字符串，反序列化成对应对象返回
/// </summary>
/// <typeparam name="T">泛型，对应对象类型</typeparam>
/// <param name="serializeStr">序列化后的字符串</param>
/// <returns></returns>
public static T DeserializeToObject<T>(string serializeStr)
{
return JsonConvert.DeserializeObject<T>(serializeStr);
}
}
}

 1 using Newtonsoft.Json;
 2 using System;
 3 using System.Collections.Generic;
 4 using System.Linq;
 5 using System.Text;
 6 using System.Threading.Tasks;
 7 
 8 namespace JOEY.BookShop.Common
 9 {
10     /// <summary>
11     /// Json.Net 序列化，对于由于相互引用类型导致的序列化死循环，可在该对象上加个特性标签[JsonIgnore] 如在Model中有外键，两个模型间相互引用即造成该问题
12     /// </summary>
13     public class SerializeHelper
14     {
15         /// <summary>
16         /// 传入对象，序列化成字符串返回
17         /// </summary>
18         /// <param name="obj"></param>
19         /// <returns></returns>
20         public static string SerializeToString(object obj)
21         {
22             return JsonConvert.SerializeObject(obj);
23         }
24         /// <summary>
25         /// 传入序列化字符串，反序列化成对应对象返回
26         /// </summary>
27         /// <typeparam name="T">泛型，对应对象类型</typeparam>
28         /// <param name="serializeStr">序列化后的字符串</param>
29         /// <returns></returns>
30         public static T DeserializeToObject<T>(string serializeStr)
31         {
32             return JsonConvert.DeserializeObject<T>(serializeStr);
33         }
34     }
35 }

很容易就能看懂，对吧。当然驱动也是需要的。同样百度哦。

这里有个小问题，这个程序集，Newtonsoft.Json在我的MVC项目中本身就存在，而我在其他项目（即项目Common）中用的时候用的网上下的，选的版本是4.5，由于MVC项目引用了Common，这样貌似就出现了版本不一致的情况，貌似是这样，会提示错误。于是我把MVC中的dll给删除了，重新加载Common下的dll（现在想想我为什么不把Common下的删了，去引用MVC下这个呢- -），这样一来，又出现一个问题，未能加载文件或程序集“Newtonsoft.Json,Version=4.5.0.0。估计是配置项的原因，于是，百度了下，在web.config runtime节点下添加了这么几行，修改后为：

<dependentAssembly>
        <assemblyIdentity name="Newtonsoft.Json" publicKeyToken="30ad4fe6b2a6aeed" culture="neutral" />
        <bindingRedirect oldVersion="0.0.0.0-8.0.0.0" newVersion="8.0.0.0" />
      </dependentAssembly>

8.0.0.0是当前这个dll的版本，估计是版本更新通知吧。具体为何这样做是有点迷糊的。谁能指点下呢，感激~~~

六、Redis和Memcache的区别总结（摘自百度知道）

1. Redis是什么

这个问题的结果影响了我们怎么用Redis。如果你认为Redis是一个key value store, 那可能会用它来代替mysql；如果认为它是一个可以持久化的cache, 可能只是它保存一些频繁访问的临时数据。Redis是REmote DIctionary Server的缩写，在Redis在官方网站的的副标题是A persistent key-value database with built-in net interface written in ANSI-C for Posix systems，这个定义偏向key value store。还有一些看法则认为Redis是一个memory database，因为它的高性能都是基于内存操作的基础。另外一些人则认为Redis是一个data structure server，因为Redis支持复杂的数据特性，比如List, Set等。对Redis的作用的不同解读决定了你对Redis的使用方式。

互联网数据目前基本使用两种方式来存储，关系数据库或者key value。但是这些互联网业务本身并不属于这两种数据类型，比如用户在社会化平台中的关系，它是一个list，如果要用关系数据库存储就需要转换成一种多行记录的形式，这种形式存在很多冗余数据，每一行需要存储一些重复信息。如果用key value存储则修改和删除比较麻烦，需要将全部数据读出再写入。Redis在内存中设计了各种数据类型，让业务能够高速原子的访问这些数据结构，并且不需要关心持久存储的问题，从架构上解决了前面两种存储需要走一些弯路的问题。

2. Redis不可能比Memcache快

很多开发者都认为Redis不可能比Memcached快，Memcached完全基于内存，而Redis具有持久化保存特性，即使是异步的，Redis也不可能比Memcached快。但是测试结果基本是Redis占绝对优势。一直在思考这个原因，目前想到的原因有这几方面。

Libevent。和Memcached不同，Redis并没有选择libevent。Libevent为了迎合通用性造成代码庞大(目前Redis代码还不到libevent的1/3)及牺牲了在特定平台的不少性能。Redis用libevent中两个文件修改实现了自己的epoll event loop(4)。业界不少开发者也建议Redis使用另外一个libevent高性能替代libev，但是作者还是坚持Redis应该小巧并去依赖的思路。一个印象深刻的细节是编译Redis之前并不需要执行./configure。

CAS问题。CAS是Memcached中比较方便的一种防止竞争修改资源的方法。CAS实现需要为每个cache key设置一个隐藏的cas token，cas相当value版本号，每次set会token需要递增，因此带来CPU和内存的双重开销，虽然这些开销很小，但是到单机10G+ cache以及QPS上万之后这些开销就会给双方相对带来一些细微性能差别(5)。

3. 单台Redis的存放数据必须比物理内存小

Redis的数据全部放在内存带来了高速的性能，但是也带来一些不合理之处。比如一个中型网站有100万注册用户，如果这些资料要用Redis来存储，内存的容量必须能够容纳这100万用户。但是业务实际情况是100万用户只有5万活跃用户，1周来访问过1次的也只有15万用户，因此全部100万用户的数据都放在内存有不合理之处，RAM需要为冷数据买单。

这跟操作系统非常相似，操作系统所有应用访问的数据都在内存，但是如果物理内存容纳不下新的数据，操作系统会智能将部分长期没有访问的数据交换到磁盘，为新的应用留出空间。现代操作系统给应用提供的并不是物理内存，而是虚拟内存(Virtual Memory)的概念。

基于相同的考虑，Redis 2.0也增加了VM特性。让Redis数据容量突破了物理内存的限制。并实现了数据冷热分离。

4. Redis的VM实现是重复造轮子

Redis的VM依照之前的epoll实现思路依旧是自己实现。但是在前面操作系统的介绍提到OS也可以自动帮程序实现冷热数据分离，Redis只需要OS申请一块大内存，OS会自动将热数据放入物理内存，冷数据交换到硬盘，另外一个知名的“理解了现代操作系统(3)”的Varnish就是这样实现，也取得了非常成功的效果。

作者antirez在解释为什么要自己实现VM中提到几个原因(6)。主要OS的VM换入换出是基于Page概念，比如OS VM1个Page是4K, 4K中只要还有一个元素即使只有1个字节被访问，这个页也不会被SWAP, 换入也同样道理，读到一个字节可能会换入4K无用的内存。而Redis自己实现则可以达到控制换入的粒度。另外访问操作系统SWAP内存区域时block进程，也是导致Redis要自己实现VM原因之一。

5. 用get/set方式使用Redis

作为一个key value存在，很多开发者自然的使用set/get方式来使用Redis，实际上这并不是最优化的使用方法。尤其在未启用VM情况下，Redis全部数据需要放入内存，节约内存尤其重要。

假如一个key-value单元需要最小占用512字节，即使只存一个字节也占了512字节。这时候就有一个设计模式，可以把key复用，几个key-value放入一个key中，value再作为一个set存入，这样同样512字节就会存放10-100倍的容量。

这就是为了节约内存，建议使用hashset而不是set/get的方式来使用Redis，详细方法见参考文献(7)。

6. 使用aof代替snapshot

Redis有两种存储方式，默认是snapshot方式，实现方法是定时将内存的快照(snapshot)持久化到硬盘，这种方法缺点是持久化之后如果出现crash则会丢失一段数据。因此在完美主义者的推动下作者增加了aof方式。aof即append only mode，在写入内存数据的同时将操作命令保存到日志文件，在一个并发更改上万的系统中，命令日志是一个非常庞大的数据，管理维护成本非常高，恢复重建时间会非常长，这样导致失去aof高可用性本意。另外更重要的是Redis是一个内存数据结构模型，所有的优势都是建立在对内存复杂数据结构高效的原子操作上，这样就看出aof是一个非常不协调的部分。

其实aof目的主要是数据可靠性及高可用性，在Redis中有另外一种方法来达到目的：Replication。由于Redis的高性能，复制基本没有延迟。这样达到了防止单点故障及实现了高可用。

小结

要想成功使用一种产品，我们需要深入了解它的特性。Redis性能突出，如果能够熟练的驾驭，对国内很多大型应用具有很大帮助。