Memcached基础知识 --小丑

Memcached是一个自由开源的，高性能，分布式内存对象缓存系统。

Memcached是以LiveJournal旗下Danga Interactive公司的Brad Fitzpatric为首开发的一款软件。现在已成为mixi、hatena、Facebook、Vox、LiveJournal等众多服务中提高web应用扩展性的重要因素。

Memcached是一种基于内存的key-value存储，用来存储小块的任意数据（字符串、对象）。这些数据可以是数据库调用、API调用或者是页面渲染的结果。

Memcached简洁而强大。它的简洁设计便于快速开发，减轻开发难度，解决了大数据量缓存的很多问题。它的API兼容大部分流行的开发语言。

本质上，它是一个简洁的key-value存储系统。

一般的使用目的是，通过缓存数据库查询结果，减少数据库访问次数，以提高动态Web应用的速度、提高可扩展性。

Memcached基本的工作原理

Memcached是以守候程序的方式运行于一个或者多个服务器中，随时等待客户端的链接请求，通过启动Memcached服务端，配置相应的监听IP、端口等参数，客户端可通过指定的服务器IP 将数据以key-value的方式存储到Memcached实例中。

如下图所示，有N个Memcached实例部署在一台专门的机器上，应用程序在查询数据时首先去Memcached里面查询，如果有数据则直接返回客户端使用，如果Memcached里面没有需要的数据或者数据过期了，则应用程序先去查询数据库，然后把查询的结果放到Memcached实例里面去，最后返回给客户端。
　　
Memcached服务特点？

a、完全基于内存缓存的

b、节点之间相互独立

c、C/S模式架构，C语言编写，总共2000行代码。

d、异步Ｉ/O 模型，使用libevent作为事件通知机制。

e、被缓存的数据以key/value键值对形式存在的。

f、全部数据存放于内存中，无持久性存储的设计，重启服务器，内存里的数据会丢失。

g、当内存中缓存的数据容量达到启动时设定的内存值时，就自动使用LRU算法删除过期的缓存数据。

h、可以对存储的数据设置过期时间，这样过期后的数据自动被清除，服务本身不会监控过期，而是在访问的时候查看key的时间戳,判断是否过期。

j、memcache会对设定的内存进行分块，再把块分组，然后再提供服务。
　　
Memcached的两阶段哈希

第一阶段哈希是计算"key-value"存储在哪个Memcached实例上，第二阶段哈希是计算"key-value"是存储存储在Memcached实例的哪个chunk里面。

客户端存取数据时，首先参考Memcached实例列表计算出key的哈希值（阶段一哈希),进而选中一个Memcached实例；客户端将请求发送给选中的Memcached实例节点，然后该Memcached节点通过内部的哈希算法(阶段二哈希) 进行真正的数据(Item)存取。 Memcached的服务器和客户端通信并不使用复杂的XML等格式，而是使用简单的基于文本行的协议。

如下图所示：
　　　　比如我们要在Memcached上存储 key为"Hello",value为"World" 的这么一个键值对。
　　　　阶段一哈希： 首先在客户端根据key计算出该"键值对"会存储在哪个Memcached实例中，假如是m2
　　　　阶段二哈希： 在Memcached实例二中 再次根据key计算出该"键值对"在m2实例中存在的位置。
　　　　
Memcached的数据存储方式

Memcached的数据存储方式被称为Slab Allocator,其基本方式是：

(a)先把内存分成很多个Slab,这个大小是预先规定好的，以解决内存碎片问题。

分配给Slab的内存空间被称为Page，默认是1M。一个Slab下可以有多个Page。

(如下图：在Memcached实例中先把内存分了n个slab,然后每个slab里面分了n个page)
　　　　
　(b)然后把一个Page分成很多个chunk块,chunk块是用于缓存记录的空间。Chunk的大小是先有一个基本值，然后根据增长因子来增大。
Slab Allocation的原理——将分配的内存分割成各种尺寸的块（chunk）， 并把尺寸相同的块分成组（chunk的集合），每个chunk集合被称为slab。
©slab class:内存区类别(48byte-1M)，每个类别有一个slab classId

(d)Memcached里面保存着slab内存空间的chunk列表,当收到要保存的item时，它会根据item的大小去选择一个最适合的slab，然后找到空闲的chunk，把数据存放进去。

Memcached新建Item分配内存过程

第一步： 快速定位slab classid,先计算Item长度
　　　　key键长+flag+suffix(16字节)+value值长+结构大小(32字节)，比如计算出来有90byte
　　　　如果Item长度计算出来>1M,则无法存储丢弃
　　　　取最小冗余的slab class进行存储，比如有：48、96、120， 存储90就会选96
　　第二步：按顺序寻找可用的chunk
　　　　(a) slot : 检查slab回收空间slot里是否有剩余chunk
　　　　　　delete: delete时标记到slot
　　　　　　exptime: get时检查的过期对象标记到slot
　　　　(b)end_page_ptr: 检查page中是否有剩余chunk
　　　　©memory: 内存还有剩余空间可以用于开辟新的slab
　　　　(d)LRU
　　(PS:Memcached的数据存储方式的缺点，由于chunk的大小是预先分配好的特定长度，因此如果数据不能完全填满chunk,那么chunk中剩余的空间就浪费了。)

Memcached的数据过期方式
　　(1)Lazy Expiration(延迟/惰性 过期)
　　　　Memcached不会监控记录是否过期，而是当客户端来获取数据的时候，才会检查记录的时间戳，因此成为Lazy Expiration
　　(2)LRU(Least Recently Used 最近最少使用)
　　　　当空间不足的时候，Memcached会优先使用已经过期的数据空间，如果还不够的话，那么就会把最近最少使用的对象的空间释放出来。
　　　　（ps:要特别注意，Memcached的LRU不是全局的，而是针对slab的，可以说是区域性的）
　　(3)惰性删除机制
　　　　删除item对象时，不释放内存，作删除标记，指针放入slot回收插槽，下次分配的时候直接使用。

Memcached与spring集成

(1)先把jar包添加到本地仓库中：

mvn install:install-file -Dfile=Java_memcached-release_2.6.6.jar -DgroupId=com.danga -DartifactId=memcached -Dversion=2.6.6 -Dpackaging=jar -DgeneratePom=true

(ps:注意 -Dfile=java_memcached-release_2.6.6.jar 一定要输入jar包的全路径名 )

(2)在pom中添加memcached的lib依赖和common-pool的lib依赖：

 1         <dependency>
 2             <groupId>commons-pool</groupId>
 3             <artifactId>commons-pool</artifactId>
 4             <version>1.5.6</version>
 5         </dependency>
 6         <dependency>
 7             <groupId>com.danga</groupId>
 8             <artifactId>memcached</artifactId>
 9             <version>2.6.6</version>
10         </dependency>

(3)在spring的applicationContext.xml文件中加入memcached的配置

 1 <bean id="memcachedPool" class="com.danga.MemCached.SockIOPool" factory-method="getInstance"
 2     init-method="initialize" destroy-method="shutDown">
 3         <constructor-arg>
 4             <value>neeaMemcachedPool</value>
 5         </constructor-arg>
 6         <property name="servers">
 7             <list>
 8                 <value>192.168.1.81:3333</value>
 9             </list>
10         </property>
11         <property name="weights">
12             <list>
13                 <value>1</value>
14             </list>
15         </property>
16         <property name="initConn">
17             <value>5</value>
18         </property>
19         <property name="minConn">
20             <value>5</value>
21         </property>
22         <property name="maxConn">
23             <value>5</value>
24         </property>
25         <property name="maintSleep">
26             <value>30</value>
27         </property>
28         <property name="nagle">
29             <value>false</value>
30         </property>
31         <property name="maxIdle">
32             <value>6000</value>
33         </property>
34         <property name="socketTO">
35             <value>3000</value>
36         </property>
37     </bean>
38     
39     <bean id="memCachedClient" class="com.danga.MemCached.MemCachedClient">
40         <constructor-arg>
41             <value>neeaMemcachedPool</value>
42         </constructor-arg>
43     </bean>

在程序中就可以通过 MemCachedClient的get、set方法来往Memcached里面获取和设置item了