翻譯一篇技術評論社的文章，是講memcached的連載。fcicq同學說這個東西很有用，希望大家喜歡。
發表日：2008/7/2
作者：長野雅廣(Masahiro Nagano)
原文鏈接：http://gihyo.jp/dev/feature/01/memcached/0001
我是mixi株式會社開發部系統運營組的長野。
日常負責程序的運營。從今天開始，將分幾次針對最近在Web應用的可擴展性領域
的熱門話題memcached，與我公司開發部研究開發組的前坂一起，
說明其內部結構和使用。
memcached是什么？
memcached
是以LiveJournal
旗下Danga Interactive
公司的Brad Fitzpatric
為首開發的一款軟件。現在已成為
mixi、
hatena、
Facebook、
Vox、LiveJournal等眾多服務中
提高Web應用擴展性的重要因素。
許多Web應用都將數據保存到RDBMS中，應用服務器從中讀取數據并在瀏覽器中顯示。
但隨著數據量的增大、訪問的集中，就會出現RDBMS的負擔加重、數據庫響應惡化、
網站顯示延遲等重大影響。
這時就該memcached大顯身手了。memcached是高性能的分布式內存緩存服務器。
一般的使用目的是，通過緩存數據庫查詢結果，減少數據庫訪問次數，以提高動態Web應用的速度、
提高可擴展性。
圖1 一般情況下memcached的用途
memcached的特征
memcached作為高速運行的分布式緩存服務器，具有以下的特點。
- 協議簡單
- 基于libevent的事件處理
- 內置內存存儲方式
- memcached不互相通信的分布式
協議簡單
memcached的服務器客戶端通信并不使用復雜的XML等格式，
而使用簡單的基于文本行的協議。因此，通過telnet
也能在memcached上保存數據、取得數據。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 （數據）
STORED （結果）
get foo （取得命令）
VALUE foo 0 3 （數據）
bar （數據）
協議文檔位于memcached的源代碼內，也可以參考以下的URL。
基于libevent的事件處理
libevent是個程序庫，它將Linux的epoll、BSD類操作系統的kqueue等事件處理功能
封裝成統一的接口。即使對服務器的連接數增加，也能發揮O(1)的性能。
memcached使用這個libevent庫，因此能在Linux、BSD、Solaris等操作系統上發揮其高性能。
關于事件處理這里就不再詳細介紹，可以參考Dan Kegel的The C10K Problem。
內置內存存儲方式
為了提高性能，memcached中保存的數據都存儲在memcached內置的內存存儲空間中。
由于數據僅存在于內存中，因此重啟memcached、重啟操作系統會導致全部數據消失。
另外，內容容量達到指定值之后，就基于LRU(Least Recently Used)算法自動刪除不使用的緩存。
memcached本身是為緩存而設計的服務器，因此并沒有過多考慮數據的永久性問題。
關于內存存儲的詳細信息，本連載的第二講以后前坂會進行介紹，請屆時參考。
memcached不互相通信的分布式
memcached盡管是“分布式”緩存服務器，但服務器端并沒有分布式功能。
各個memcached不會互相通信以共享信息。那么，怎樣進行分布式呢？
這完全取決于客戶端的實現。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，這里稍加說明。
memcached支持許多平臺。
- Linux
- FreeBSD
- Solaris (memcached 1.2.5以上版本)
- Mac OS X
另外也能安裝在Windows上。這里使用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的源代碼可以從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。因為源代碼安裝并不困難，
這里就不使用rpm了。
memcached安裝與一般應用程序相同，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
默認情況下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)
這里顯示了調試信息。這樣就在前臺啟動了memcached，監聽TCP端口11211
最大內存使用量為64M。調試信息的內容大部分是關于存儲的信息，
下次連載時具體說明。
作為daemon后臺啟動時，只需
$ /usr/local/bin/memcached -p 11211 -m 64m -d
這里使用的memcached啟動選項的內容如下。
| 選項 |
說明 |
| -p |
使用的TCP端口。默認為11211 |
| -m |
最大內存大小。默認為64M |
| -vv |
用very vrebose模式啟動，調試信息和錯誤輸出到控制臺 |
| -d |
作為daemon在后臺啟動 |
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。
用客戶端連接
許多語言都實現了連接memcached的客戶端，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。
這里介紹通過mixi正在使用的Perl庫鏈接memcached的方法。
使用Cache::Memcached
Perl的memcached客戶端有
- Cache::Memcached
- Cache::Memcached::Fast
- Cache::Memcached::libmemcached
等幾個CPAN模塊。這里介紹的Cache::Memcached是memcached的作者Brad Fitzpatric的作品，
應該算是memcached的客戶端中應用最為廣泛的模塊了。
使用Cache::Memcached連接memcached
下面的源代碼為通過Cache::Memcached連接剛才啟動的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";
在這里，為Cache::Memcached指定了memcached服務器的IP地址和一個選項，以生成實例。
Cache::Memcached常用的選項如下所示。
| 選項 |
說明 |
| servers |
用數組指定memcached服務器和端口 |
| compress_threshold |
數據壓縮時使用的值 |
| namespace |
指定添加到鍵的前綴 |
另外，Cache::Memcached通過Storable模塊可以將Perl的復雜數據序列化之后再保存，
因此散列、數組、對象等都可以直接保存到memcached中。
保存數據
向memcached保存數據的方法有
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保存數據時可以指定期限(秒)。不指定期限時，memcached按照LRU算法保存數據。
這三個方法的區別如下：
| 選項 |
說明 |
| add |
僅當存儲空間中不存在鍵相同的數據時才保存 |
| replace |
僅當存儲空間中存在鍵相同的數據時才保存 |
| set |
與add和replace不同，無論何時都保存 |
獲取數據
獲取數據可以使用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');
一次取得多條數據時使用get_multi。get_multi可以非同步地同時取得多個鍵值，
其速度要比循環調用get快數十倍。
刪除數據
刪除數據使用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數據。第二個參數指定一個時間值，可以禁止使用同樣的鍵保存新數據。
此功能可以用于防止緩存數據的不完整。但是要注意，set函數忽視該阻塞，照常保存數據
增一和減一操作
可以將memcached上特定的鍵值作為計數器使用。
my $ret = $memcached->incr('鍵');
$memcached->add('鍵', 0) unless defined $ret;
增一和減一是原子操作，但未設置初始值時，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，服務器端也不會對
超過2<sup>32</sup>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客戶端Cache::Memcached的用法。
只要知道，memcached的使用方法十分簡單就足夠了。
下次由前坂來說明memcached的內部結構。了解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。