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1、memcache基本簡介
memcached是高性能的分布式內(nèi)存緩存服務(wù)器。一般的使用目的是，通過緩存數(shù)據(jù)庫查詢結(jié)果，減少數(shù)據(jù)庫訪問次數(shù)，以提高動態(tài)Web應(yīng)用的速度、提高可擴展性。
Memcache的運行圖：
Memcache的特征
memcached作為高速運行的分布式緩存服務(wù)器，具有以下的特點。
1、基于C/S架構(gòu)協(xié)議簡單
memcached的服務(wù)器客戶端通信并不使用復(fù)雜的XML等格式，而使用簡單的基于文本行的協(xié)議。 因此，通過telnet也能在memcached上保存數(shù)據(jù)、取得數(shù)據(jù)。
2、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(tǒng)的kqueue等事件處理功能封裝成統(tǒng)一的接口。即使對服務(wù)器的連接數(shù)增加，也能發(fā)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(tǒng)上發(fā)揮其高性能。
3、內(nèi)置內(nèi)存存儲方式
為了提高性能，memcached中保存的數(shù)據(jù)都存儲在memcached內(nèi)置的內(nèi)存存儲空間中。由于數(shù)據(jù)僅存在于內(nèi)存中，因此重啟memcached、重啟操作系統(tǒng)會導(dǎo)致全部數(shù)據(jù)消失。另外，內(nèi)容容量達到指值之后，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(shè)計的服務(wù)器，因此并沒有過多考慮數(shù)據(jù)的永久性問題。
4、memcached不互相通信的分布式
memcached盡管是“分布式”緩存服務(wù)器，但服務(wù)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(xiàn)。（如下圖所示）
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Memcache采用的是Slab Allocator方式進行存儲數(shù)據(jù)。這一機制可以很好的整理內(nèi)存，以便重復(fù)利用，從而解決了內(nèi)存碎片的問題。在該機制出現(xiàn)以前，內(nèi)存的分配是通過對所有記錄簡單地進行malloc和free來進行的。但是，這種方式會導(dǎo)致內(nèi)存碎片，加重操作系統(tǒng)內(nèi)存管理器的負擔，最壞的情況下，會導(dǎo)致操作系統(tǒng)比memcached進程本身還慢。
2.2、Slab Allocator基本原理
1、按照預(yù)先規(guī)定的大小，將分配的內(nèi)存以page（默認每個page為1M）為單位分為特定的塊（chunk），并且把相同大小的chunk分成組（chunk的集合）；
2、存儲數(shù)據(jù)時，將會尋找與value大小相近的chunk區(qū)域進行存儲；
3、內(nèi)存一旦以page的形式分配出去，在重啟前不會被回收或者重新分配，以解決內(nèi)存碎片問題。（分配的內(nèi)存不會釋放，而是重復(fù)利用）
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【可參考下面的形象解析圖進行理解】
Slab
用于表示存儲的最大size數(shù)據(jù)，僅僅只是用于定義（通俗的講就是表示可以存儲數(shù)據(jù)大小的范圍）。默認情況下，前后兩個slab表示存儲的size以1.25倍進行增長。例如slab1為96字節(jié)，slab2為120字節(jié)
Page
分配給Slab的內(nèi)存空間，默認為1MB。分給Slab后將會根據(jù)slab的大小切割成chunk
Chunk
用于緩存記錄的內(nèi)存空間
Slab calss
特定大小的Chunk集合
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Memcached在啟動時通過-m參數(shù)指定最大使用內(nèi)存，但是這個不會一啟動就占用完，而是逐步分配給各slab的。如果一個新的數(shù)據(jù)要被存放，首先選擇一個合適的slab，然后查看該slab是否還有空閑的chunk，如果有則直接存放進去；如果沒有則要進行申請，slab申請內(nèi)存時以page為單位，無論大小為多少，都會有1M大小的page被分配給該slab（該page不會被回收或者重新分配，永遠都屬于該slab）。申請到page后，slab會將這個page的內(nèi)存按chunk的大小進行切分，這樣就變成了一個chunk的數(shù)組，再從這個chunk數(shù)組中選擇一個用于存儲數(shù)據(jù)。若沒有空閑的page的時候，則會對改slab進行LRU，而不是對整個memcache進行LRU。
形象解析圖：（這圖湊合湊合就好了哈，不是很專業(yè)2333）
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Memcached并不是將所有大小的數(shù)據(jù)都放在一起的，而是預(yù)先將數(shù)據(jù)空間劃分為一系列slabs，每個slab只負責一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲。memcached根據(jù)收到的數(shù)據(jù)的大小，選擇最適合數(shù)據(jù)大小的slab。假若這個slab仍有空閑chunk的列表，根據(jù)該列表選擇chunk，然后將數(shù)據(jù)緩存于其中；若無則申請page（1M）【可以參考上面我畫的形象圖23333】
具體分析：從上面我們了解到slab的作用。Slab的增長因子默認以1.25倍進行增長。那為什么會導(dǎo)致有些不是1.25倍呢？答案是受小數(shù)的影響，你可以使用-f int測試個整數(shù)增長因子看看效果?！竞竺婢唧w講解】
以下圖進行分析，例如slab中112字節(jié)，表示可以存儲大于88字節(jié)且小于或等于112字節(jié)的value。
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Slab Allocator解決了當初的內(nèi)存碎片問題，但新的機制也給memcached帶來了新的問題。
這個問題就是，由于分配的是特定長度的內(nèi)存，因此無法有效利用分配的內(nèi)存。例如，將100字節(jié) 的數(shù)據(jù)緩存到128字節(jié)的chunk中，剩余的28字節(jié)就浪費了（如下圖所示）。
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增長因子就是相鄰兩個chunk之間的增長倍數(shù)。這個參數(shù)memcache默認是1.25，但是我們先采用整數(shù)2來測試一下，看看效果。
由圖中我們可以看到chunk size的增長是2倍的。
我們再來看看-f 1.25的效果
為什么1.25倍增長因子就不能保證全部相鄰的chunk size是1.25倍增長呢？
因為這些誤差是為了保持字節(jié)數(shù)的對齊而故意設(shè)置的。
兩圖一對比，可見，因子為1.25組間差距比因子為2時小得多，更適合緩存幾百字節(jié)的記錄。
因此，使用memcached時，最好是重新計算一下數(shù)據(jù)的預(yù)期平均長度，調(diào)整growth factor，以獲得最恰當?shù)脑O(shè)置。
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從上面我們知道，已經(jīng)分配出去的內(nèi)存是不會被釋放回收的，記錄超時后，客戶端就無法看到該記錄，其存儲空間即可重復(fù)使用。
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memcached內(nèi)部不會監(jiān)視記錄是否過期，而是在get時查看記錄的時間戳，檢查記錄是否過期。這種技術(shù)被稱為lazy（惰性）expiration。因此，memcached不會在過期監(jiān)視上耗費CPU時間。
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memcached會優(yōu)先使用已超時的記錄的空間，但即使如此，也會發(fā)生追加新記錄時空間不足的情況， 此時就要使用名為Least Recently Used（LRU）機制來分配空間。顧名思義，這是刪除“最近最少 使用”的記錄的機制。因此，當memcached的內(nèi)存空間不足時（無法從slab class獲取到新的空間時），就從最近未被使用的記錄中搜索，并將其空間分配給新的記錄。從緩存的實用角度來看，該模型十分理想。
不過，有些情況下LRU機制反倒會造成麻煩。memcached啟動時通過“-M”參數(shù)可以禁止LRU。
啟動時必須注意的是，小寫的“-m”選項是用來指定最大內(nèi)存大小的。不指定具體數(shù)值則使用默認 值64MB。
指定“-M”參數(shù)啟動后，內(nèi)存用盡時memcached會返回錯誤。話說回來，memcached畢竟不是存儲器，而是緩存，所以推薦使用LRU。
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【黑體字的參數(shù)較為常用】
-p<num> | 監(jiān)聽的TCP端口（默認：11211） |
-U<num> | UDP監(jiān)聽端口（默認：11211 0關(guān)閉） |
-d | 以守護進程方式運行 |
-u<username> | 指定用戶運行 |
-m<num>. | 最大內(nèi)存使用，單位MB。默認64MB |
-c<num> | 最大同時連接數(shù)，默認是1024 |
-v | 輸出警告和錯誤消息 |
-vv | 打印客戶端的請求和返回信息 |
-h | 幫助信息 |
-l<ip> | 綁定地址（默認任何ip地址都可以訪問） |
-P<file> | 將PID保存在file文件 |
-i | 打印memcached和libevent版權(quán)信息 |
-M | 禁止LRU策略，內(nèi)存耗盡時返回錯誤 |
-f<factor> | 增長因子，默認1.25 |
-n<bytes> | 初始chunk=key+suffix+value+32結(jié)構(gòu)體，默認48字節(jié) |
-L | 啟用大內(nèi)存頁，可以降低內(nèi)存浪費，改進性能 |
-l | 調(diào)整分配slab頁的大小，默認1M，最小1k到128M |
-t<num> | 線程數(shù)，默認4。由于memcached采用NIO，所以更多線程沒有太多作用 |
-R | 每個event連接最大并發(fā)數(shù)，默認20 |
-C | 禁用CAS命令（可以禁止版本計數(shù)，減少開銷） |
-b | Set the backlog queue limit (default: 1024) |
-B | Binding protocol-one of ascii, binary or auto (default) |
-s<file> | UNIX socket |
-a<mask> | access mask for UNIX socket, in octal (default: 0700) |
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指令 | 描述 | 例子 |
get key | #返回對應(yīng)的value | get mykey |
set key 標識符 有效時間 長度 | key不存在添加，存在更新 | set mykey 0 60 5 |
add key標識符 有效時間 長度 | #添加key-value值，返回stored/not_stored | add mykey 0 60 5 |
replace key標識符 有效時間 長度 | #替換key中的value，key存在成功返回stored，key不存在失敗返回not_stored | replace mykey 0 60 5 |
append key標識符 有效時間 長度 | #追加key中的value值，成功返回stored，失敗返回not_stored | append mykey 0 60 5 |
prepend key標識符 有效時間 長度 | #前置追加key中的value值，成功返回stored，失敗返回not_stored
| prepend mykey 0 60 5 |
incr key num | #給key中的value增加num。若key中不是數(shù)字，則將使用num替換value值。返回增加后的value | Incre mykey 1 |
decr | #同上 | 同上 |
delete key [key2…] | 刪除一個或者多個key-value。成功刪除返回deleted，不存在失敗則返回not_found | delete mykey |
flush_all [timeount] | #清除所有[timeout時間內(nèi)的]鍵值，但不會刪除items，所以memcache依舊占用內(nèi)存 | flush_all 20 |
version | #返回版本號 | version |
verbosity | #日志級別 | verbosity |
quit | #關(guān)閉連接 | quit |
stats | #返回Memcache通用統(tǒng)計信息 | stats |
stats slabs | #返回Memcache運行期間創(chuàng)建的每個slab的信息 | stats slabs |
stats items | #返回各個slab中item的個數(shù)，和最老的item秒數(shù) | stats items |
stats malloc | #顯示內(nèi)存分配數(shù)據(jù) | stats malloc |
stats detail [on|off|dump] | #on：打開詳細操作記錄、off：關(guān)閉詳細操作記錄、dump顯示詳細操作記錄（每一個鍵的get、set、hit、del的次數(shù)） | stats detail on stats detail off stats detail dump |
stats cachedump slab_id limit_num | #顯示slab_id中前l(fā)imit_num個key | stats cachedump 1 2 |
stats reset | #清空統(tǒng)計數(shù)據(jù) | stats reset |
stats settings | #查看配置設(shè)置 | stats settings |
stats sizes | #展示了固定chunk大小中的items的數(shù)量 | Stats sizes |
注意：標識符：一個十六進制無符號的整數(shù)（以十進制來表示），需和數(shù)據(jù)一起存儲，get的時候一起返回
ps：最近老是思考以后的方向，感覺有點迷茫，都不能好好學(xué)習(xí)了。要盡快調(diào)整好心態(tài)，切勿浮躁，欲速則不達。
參考資料：
1、Memcached原理與使用詳解 作者：heiyeluren(黑夜路人)
http://blog.csdn.net/heiyeshuwu
2 、memcached 全面剖析 作者：長野雅廣、前坂徹 charlee 譯
3、Memcache 內(nèi)存分配策略和性能(使用)狀態(tài)檢查 作者：jyzhou
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