memcached高性能架构

1.memcached详细介绍。

引用

通常的网页缓存方式有动态缓存和静态缓存等几种，在ASP.NET中已经可以实现对页面局部进行缓存，而使用memcached的缓存比 ASP.NET的局部缓存更加灵活，可以缓存任意的对象，不管是否在页面上输出。而memcached最大的优点是可以分布式的部署，这对于大规模应用来 说也是必不可少的要求。
LiveJournal.com使用了memcached在前端进行缓存，取得了良好的效果，而像wikipedia,sourceforge等也采用了或即将采用memcached作为缓存工具。memcached可以大规模网站应用发挥巨大的作用。

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)。(于敦德)

参考资料：
Distributed Caching with Memcached | Linux Journal
http://www.danga.com/
http://www.linuxjournal.com/article/7451

2.memcached在freebsd下的安装：

引用

步骤1：安装memcached
代码:
# cd /usr/ports/databases/memcached/
# make install

步骤2：启动memcached
代码:
#/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。

以上以完成了memcached的安装及启动!
使用时按要求填上IP与端口既可

3.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。


4.安装php对memcache支持模块
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。
http://pecl.php.net/package/memcache

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。
http://nio.infor96.com/wp-content/uploads/2006/04/memcached-client.zip
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。

5.PHP memcached 应用示例

引用

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：

<!--p<b-->//    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）：


<!--p<b-->$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。

6.使用memcache情况，计数器、数据压缩的例子

引用

使用情况一：统计
<!--p<b-->//访问统计
$memcache = new Memcache;
$memcache->connect('localhost', 11211) or die ("Could not connect");
if($s=$memcache->get('a')) {
   $s=$s+1;
   $memcache->set('a',$s);
}
else
$memcache->set('a',1);
echo '访问结果为：'.$s;
?>

其实我们可以用increment方法代替上面的做法
<!--p <b-->$memcache = new Memcache;
$memcache->connect('localhost', 11211) or die ("Could not connect");

if($s=$memcache->increment('a',1)) {
   echo $s;    
}
else
$memcache->set('a',1);
?>



数据压缩：
<!--p<b-->$memcache = new Memcache;
$memcache->connect('localhost', 11211) or die ("Could not connect");
$test=(str_repeat('jetwong',100000));
$memcache->set('b',($test));
?>
使用压缩：
<!--p <b-->$memcache = new Memcache;
$memcache->connect('localhost', 11211) or die ("Could not connect");
$test=(str_repeat('jetwong',100000));
$memcache->set('b',($test),MEMCACHE_COMPRESSED);
?>


使用情况说明：

前台比较 目前内存bytes 总共读取bytes_read 总共写入bytes_written

压缩前 700085 700081 416

压缩后 1131 1125 13

可能看到压缩后明显占用内存少了不少



Memcache内存的更新清理(delete flush)
<!--p<b-->$memcache = new Memcache;
$memcache->connect('localhost', 11211) or die ("Could not connect");

/*设置值*/
$status = $memcache->getStats();
echo '设置前内存使用情况'.$status['bytes'].'
';
echo '设置后';
for($i=0;$i<9;$i++) {
   $memcache->set('b'.$i,rand(1,99));    
   echo '
'.$i.'->'.$memcache->get('b'.$i);      
}

/*查看设置的值*/
$status = $memcache->getStats();
echo 'delete前内存使用情况'.$status['bytes'].'
';
echo '
开始delete';
for($i=0;$i<9;$i++) {
   $memcache->delete('b'.$i);    
   echo '
'.$i.'->'.$memcache->get('b'.$i);
}

/*查看flush使用的情况*/
$status = $memcache->getStats();
echo '使用flush前内存使用情况'.$status['bytes'].'
';
echo '使用flush情况：';
for($i=0;$i<9;$i++) {
   $memcache->set('b'.$i,rand(1,99));    
   echo '
'.$i.'->'.$memcache->get('b'.$i);  
}
$memcache->flush();
echo 'flush之后：';
for($i=0;$i<9;$i++) {        
   echo '
'.$i.'->'.$memcache->get('b'.$i);
}
$status = $memcache->getStats();
echo 'flush后内存使用情况'.$status['bytes'].'
';
?>

内存超量的测试(set)

我们把内存设为2M

./memcached -d -m 2 -p 11211 -u root

<!--p<b-->$memcache = new Memcache;
$memcache->connect('localhost', 11211) or die ("Could not connect");

//600K左右
$test1= str_repeat('jetlee',100000);
//600K左右
$test2= str_repeat('jetlee',100000);
//600K左右
$test3= str_repeat('李连杰',200000);
//600K左右
$test4= str_repeat('连杰李',100000);
//200K
$test5= file_get_contents('http://img.pconline.com.cn/images/photoblog/2988177/20068/4/1154688770042_mthumb.JPG');
$test6= file_get_contents('http://img.pconline.com.cn/images/photoblog/1767557/20069/28/1159417108902_mthumb.jpg');

for($i=1;$i<=6;$i++) {
   $j='test'.$i;
   if($memcache->set($j,$$j)) {
       echo $j.'->设置成功
';
       $status = $memcache->getStats();
       echo '内存:'.$status['bytes'].'
';
   }
   else {
       echo $j.'->设置失败
';
   }
}
?>

执行结果：

test1->设置成功
内存:600042
test2->设置成功
内存:1200084
test3->设置失败
test4->设置成功
内存:1200084
test5->设置失败
test6->设置失败

刚好印证我们的计算，不过20万的repeat为什么会失败，不是太了解，，，，，，

总结：
示例：
<!---->//设置篇
if($data = $memcache->get('k',$v)) {
   //显示我们的数据
   }
else {
   $data = get_from_database; //得到数据源
   if(!$memcache->set('k',$data), MEMCACHE_COMPRESSED) //开始设置
   log();    //不成功,记录失败信息    
}
?>