Memcached的原理是什么

Memcached的原理是什么，針對這個問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

一、Memcached簡介

    memcached是高性能的分布式內(nèi)存緩存服務(wù)器。它通過緩存數(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(kuò)展性。與其類似常見的還有Redis。Memcached基于一個存儲鍵/值（K/V）對的hashmap?？蛻舳丝梢杂萌魏握Z言來編寫，并通過memcached協(xié)議與守護(hù)進(jìn)程通信。

    memcached的API使用32位元的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC-32）計算鍵值后，將資料分散在不同的機(jī)器上。當(dāng)表格滿了以后，接下來新增的資料會以LRU機(jī)制替換掉。

二、Memcached的分布式算法

1、余數(shù)哈希（余數(shù)計算分散）：

原理：根據(jù)服務(wù)器臺數(shù)的余數(shù)進(jìn)行分散：先求得鍵（key）的整數(shù)哈希值（ int hashCode ），通過Hash函數(shù)把key轉(zhuǎn)化成整數(shù)后，再用這個哈希值除以服務(wù)器臺數(shù)，根據(jù)余數(shù)選擇服務(wù)器。

舉例：總共10臺服務(wù)器（編號為0~9），先獲取數(shù)據(jù)的key的整數(shù)哈希值：hashCode=hash(key)=13 ，然后除以服務(wù)器總臺數(shù)，mod 10（13%10）=3，即選擇編號為3的服務(wù)器進(jìn)行存儲。

缺點(diǎn)：當(dāng)添加或減少服務(wù)器后要進(jìn)行重哈希，這樣會導(dǎo)致原來的服務(wù)器序號變了，則可能出現(xiàn)求得的余數(shù)也改變，導(dǎo)致Memcached命中率下降，導(dǎo)致更多地訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器去調(diào)數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載。

2、一致性哈希：

原理：

• 一致性哈希是將整個哈希值空間組織成一個虛擬的圓環(huán)，如假設(shè)某哈希函數(shù)H的值空間是0~(2^32 -1)(即哈希值是一個32位的無符號整型)。這個哈希空間為環(huán)。然后讓每臺機(jī)器占一個扇形空間。（一致性哈希方式,使得服務(wù)器保存的哈希值空間是一個范圍,而不是一個特定的余數(shù)系列.所以減少了增刪服務(wù)器后的影響.）

  

• 哈?？臻g按順時針方向組織。為確定每臺服務(wù)器在空間上的位置，按照服務(wù)器主機(jī)名或者IP地址對每臺服務(wù)器進(jìn)行Hash尋址。然后需要使用hash算法來判斷數(shù)據(jù)應(yīng)該存儲在哪個服務(wù)器：首先，將數(shù)據(jù)根據(jù)key值使用相同的函數(shù)H計算出哈希值h，根據(jù)h確定數(shù)據(jù)在環(huán)上的位置，從此位置延環(huán)順時針向下尋找，遇到的第一個服務(wù)器就是其應(yīng)該存儲的服務(wù)器。

容錯性：對下圖，當(dāng)Server3服務(wù)器故障時，數(shù)據(jù)的存儲指示D發(fā)生了改變，存放在了Server2上邊。系統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)變化最少（因?yàn)槭菙?shù)據(jù)是順時針尋找服務(wù)器存儲，所以D位置數(shù)據(jù)找到的是Server2服務(wù)器）

擴(kuò)展性：假設(shè)增加服務(wù)器Server4，按規(guī)則放在BC中間，那么只是B存儲在Server4上邊了，整體的影響只是發(fā)生在了新增節(jié)點(diǎn)的區(qū)間部分。

三、Memcached的數(shù)據(jù)清除算法

• Memcached會啟動LRU（Least Recently Used，最近最少使用）算法淘汰舊的數(shù)據(jù)項。 

• 每個slab會維護(hù)一個隊列，剛插入的數(shù)據(jù)在隊頭，經(jīng)常get的數(shù)據(jù)也會移動到隊頭，這樣較老或者訪問較少的數(shù)據(jù)相對都留在隊尾。該算法從隊尾開始淘汰。當(dāng)slab分配不到足夠的內(nèi)存時，首先會檢查隊尾是否有過期數(shù)據(jù)。如果有的話會直接將其覆蓋為新的對象，如果沒有，會開始淘汰隊尾的對象。

四、工作流程

• 檢查客戶端的請求數(shù)據(jù)是否在memcached中，若存在則直接把請求數(shù)據(jù)返回，不存在則訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行操作；

• 如果請求的數(shù)據(jù)不在memcached中，就去查數(shù)據(jù)庫，把從數(shù)據(jù)庫中獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端，同時把數(shù)據(jù)緩存一份到memcached中（memcached客戶端不負(fù)責(zé)，需要程序明確實(shí)現(xiàn)）；

• 每次更新數(shù)據(jù)庫的同時更新memcached中的數(shù)據(jù)，保證一致性；當(dāng)分配給memcached內(nèi)存空間用完之后，會使用LRU（Least Recently Used，最近最少使用）策略加上到期失效策略，失效數(shù)據(jù)首先被替換，然后再替換掉最近未使用的數(shù)據(jù)。

五、Memcached 和 Redis的區(qū)別？

1、數(shù)據(jù)存儲位置：Redis支持?jǐn)?shù)據(jù)的持久化，可以將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保持在磁盤中，重啟的時候可以再次加載進(jìn)行使用。而Memecache把數(shù)據(jù)全部存在內(nèi)存之中；

2、速度上：Redis的速度比memcached快很多；

3、多線程：Memcached支持多線程，而Redis使用單線程的IO復(fù)用模型；

4、支持的數(shù)據(jù)類型：Memcached僅支持簡單的數(shù)據(jù)類型，想要存入復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型必須把復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)變成簡單的數(shù)據(jù)類型。Redis不僅僅支持簡單的k/v類型的數(shù)據(jù)，同時還提供string(字符串)、list(鏈表)、set(集合)、zset(sortedset --有序集合)和hash（哈希類型）等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲。

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