如何將 memcached 融入到您的環(huán)境中？

在開始安裝和使用 using memcached 之前，我們需要了解如何將 memcached 融入到您的環(huán)境中。雖然在任何地方都可以使用 memcached，但我發(fā)現(xiàn)需要在數(shù)據(jù)庫層中執(zhí)行幾個經常性查詢時，memcached 往往能發(fā)揮最大的效用。我經常會在數(shù)據(jù)庫和應用服務器之間設置一系列 memcached 實例，并采用一種簡單的模式來讀取和寫入這些服務器。圖 1 可以幫助您了解如何設置應用程序體系結構：

體系結構相當容易理解。我建立了一個 Web 層，其中包括一些 Apache 實例。下一層是應用程序本身。這一層通常運行于 Apache Tomcat 或其他開源應用服務器之上。再下面一層是配置 memcached 實例的地方 — 即應用服務器與數(shù)據(jù)庫服務器之間。在使用這種配置時，需要采用稍微不同的方式來執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的讀取和寫入操作。

讀取

我執(zhí)行讀取操作的順序是從 Web 層獲取請求（需要執(zhí)行一次數(shù)據(jù)庫查詢）并檢查之前在緩存中存儲的查詢結果。如果我找到所需的值，則返回它。如果未找到，則執(zhí)行查詢并將結果存儲在緩存中，然后再將結果返回給 Web 層。

寫入

將數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)庫中時，首先需要執(zhí)行數(shù)據(jù)庫寫入操作，然后將之前緩存的任何受此寫入操作影響的結果設定為無效。此過程有助于防止緩存和數(shù)據(jù)庫之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致性。

安裝 memcached

memcached 支持一些操作系統(tǒng)，包括 Linux?、Windows?、Mac OS 和 Solaris。在本文中，我將詳細介紹如何通過源文件構建和安裝 memcached。采用這種方式的主要原因是我在遇到問題時可以查看源代碼。

libevent

libevent 是安裝 memcached 的唯一前提條件。它是 memcached 所依賴的異步事件通知庫。您可以在 monkey.org 上找到關于 libevent 的源文件。接下來，找到其最新版本的源文件。對于本文，我們使用穩(wěn)定的 1.4.11 版本。獲取了歸檔文件之后，將它解壓到一個方便的位置，然后執(zhí)行清單 1 中的命令：

				
cd libevent-1.4.11-stable/

./configure
			
make
				
make install

memcached

從 Danga Interactive 獲取 memcached 源文件，仍然選擇最新的分發(fā)版。在撰寫本文時，其最新版本是 1.4.0。將 tar.gz 解壓到方便的位置，并執(zhí)行清單 2 中的命令：

				
cd memcached-1.4.0/

./configure
			
make
				
make install

完成這些步驟之后，您應該安裝了一個 memcached 工作副本，并且可以使用它了。讓我們進行簡單介紹，然后使用它。

使用 memcached

要開始使用 memcached，您首先需要啟動 memcached 服務器，然后使用 telnet 客戶機連接到它。

要啟動 memcached，執(zhí)行清單 3 中的命令：

				
./memcached -d -m 2048 -l 10.0.0.40 -p 11211

這會以守護程序的形式啟動 memcached（-d），為其分配 2GB 內存（-m 2048），并指定監(jiān)聽 localhost，即端口 11211。您可以根據(jù)需要修改這些值，但以上設置足以完成本文中的練習。接下來，您需要連接到 memcached。您將使用一個簡單的 telnet 客戶機連接到 memcached 服務器。

大多數(shù)操作系統(tǒng)都提供了內置的 telnet 客戶機，但如果您使用的是基于 Windows 的操作系統(tǒng)，則需要下載第三方客戶機。我推薦使用 PuTTy。

安裝了 telnet 客戶機之后，執(zhí)行清單 4 中的命令：

				
telnet localhost 11211

如果一切正常，則應該得到一個 telnet 響應，它會指示 Connected to localhost（已經連接到 localhost）。如果未獲得此響應，則應該返回之前的步驟并確保 libevent 和 memcached 的源文件都已成功生成。

您現(xiàn)現(xiàn)已經登錄到 memcached 服務器。此后，您將能夠通過一系列簡單的命令來與 memcached 通信。9 個 memcached 客戶端命令可以分為三類：

• 基本
• 高級
• 管理

基本 memcached 客戶機命令

您將使用五種基本 memcached 命令執(zhí)行最簡單的操作。這些命令和操作包括：

• set
• add
• replace
• get
• delete

前三個命令是用于操作存儲在 memcached 中的鍵值對的標準修改命令。它們都非常簡單易用，且都使用清單 5 所示的語法：

				
command <key> <flags> <expiration time> <bytes>
<value>

表 1 定義了 memcached 修改命令的參數(shù)和用法。

現(xiàn)在，我們來看看這些命令的實際使用。

set 
set 命令用于向緩存添加新的鍵值對。如果鍵已經存在，則之前的值將被替換。

注意以下交互，它使用了 set 命令：

set userId 0 0 5
12345
STORED

如果使用 set 命令正確設定了鍵值對，服務器將使用單詞 STORED 進行響應。本示例向緩存中添加了一個鍵值對，其鍵為 userId，其值為 12345。并將過期時間設置為 0，這將向 memcached 通知您希望將此值存儲在緩存中直到刪除它為止。

add 
僅當緩存中不存在鍵時，add 命令才會向緩存中添加一個鍵值對。如果緩存中已經存在鍵，則之前的值將仍然保持相同，并且您將獲得響應 NOT_STORED。

下面是使用 add 命令的標準交互：

set userId 0 0 5
12345
STORED

add userId 0 0 5
55555
NOT_STORED

add companyId 0 0 3
564
STORED

replace 
僅當鍵已經存在時，replace 命令才會替換緩存中的鍵。如果緩存中不存在鍵，那么您將從 memcached 服務器接受到一條 NOT_STORED 響應。

下面是使用 replace 命令的標準交互：

replace accountId 0 0 5
67890
NOT_STORED

set accountId 0 0 5
67890
STORED

replace accountId 0 0 5
55555
STORED

最后兩個基本命令是 get 和 delete。這些命令相當容易理解，并且使用了類似的語法，如下所示：

command <key>

接下來看這些命令的應用。

get 
get 命令用于檢索與之前添加的鍵值對相關的值。您將使用 get 執(zhí)行大多數(shù)檢索操作。

下面是使用 get 命令的典型交互：

set userId 0 0 5
12345
STORED

get userId
VALUE userId 0 5
12345
END

get bob
END

如您所見，get 命令相當簡單。您使用一個鍵來調用 get，如果這個鍵存在于緩存中，則返回相應的值。如果不存在，則不返回任何內容。

delete 
最后一個基本命令是 delete。delete 命令用于刪除 memcached 中的任何現(xiàn)有值。您將使用一個鍵調用 delete，如果該鍵存在于緩存中，則刪除該值。如果不存在，則返回一條 NOT_FOUND 消息。

下面是使用 delete 命令的客戶機服務器交互：

set userId 0 0 5
98765
STORED

delete bob
NOT_FOUND

delete userId
DELETED

get userId
END

高級 memcached 客戶機命令

可以在 memcached 中使用的兩個高級命令是 gets 和 cas。gets 和 cas 命令需要結合使用。您將使用這兩個命令來確保不會將現(xiàn)有的名稱/值對設置為新值（如果該值已經更新過）。我們來分別看看這些命令。

gets 
gets 命令的功能類似于基本的 get 命令。兩個命令之間的差異在于，gets 返回的信息稍微多一些：64 位的整型值非常像名稱/值對的 “版本” 標識符。

下面是使用 gets 命令的客戶機服務器交互：

set userId 0 0 5
12345
STORED

get userId
VALUE userId 0 5
12345
END

gets userId
VALUE userId 0 5 4
12345
END

考慮 get 和 gets 命令之間的差異。gets 命令將返回一個額外的值 — 在本例中是整型值 4，用于標識名稱/值對。如果對此名稱/值對執(zhí)行另一個 set 命令，則 gets 返回的額外值將會發(fā)生更改，以表明名稱/值對已經被更新。清單 6 顯示了一個例子：

				
set userId 0 0 5
33333
STORED

gets userId
VALUE userId 0 5 5
33333
END

您看到 gets 返回的值了嗎？它已經更新為 5。您每次修改名稱/值對時，該值都會發(fā)生更改。

cas 
cas（check 和 set）是一個非常便捷的 memcached 命令，用于設置名稱/值對的值（如果該名稱/值對在您上次執(zhí)行 gets 后沒有更新過）。它使用與 set 命令相類似的語法，但包括一個額外的值：gets 返回的額外值。

注意以下使用 cas 命令的交互：

set userId 0 0 5
55555
STORED

gets userId
VALUE userId 0 5 6
55555
END

cas userId 0 0 5 6
33333
STORED

如您所見，我使用額外的整型值 6 來調用 gets 命令，并且操作運行非常順序。現(xiàn)在，我們來看看清單 7 中的一系列命令：

				
set userId 0 0 5
55555
STORED

gets userId
VALUE userId 0 5 8
55555
END

cas userId 0 0 5 6
33333
EXISTS

注意，我并未使用 gets 最近返回的整型值，并且 cas 命令返回 EXISTS 值以示失敗。從本質上說，同時使用 gets 和 cas 命令可以防止您使用自上次讀取后經過更新的名稱/值對。

緩存管理命令

最后兩個 memcached 命令用于監(jiān)控和清理 memcached 實例。它們是 stats 和 flush_all 命令。

stats 
stats 命令的功能正如其名：轉儲所連接的 memcached 實例的當前統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在下例中，執(zhí)行 stats 命令顯示了關于當前 memcached 實例的信息：

stats
STAT pid 63
STAT uptime 101758
STAT time 1248643186
STAT version 1.4.11
STAT pointer_size 32
STAT rusage_user 1.177192
STAT rusage_system 2.365370
STAT curr_items 2
STAT total_items 8
STAT bytes 119
STAT curr_connections 6
STAT total_connections 7
STAT connection_structures 7
STAT cmd_get 12
STAT cmd_set 12
STAT get_hits 12
STAT get_misses 0
STAT evictions 0
STAT bytes_read 471
STAT bytes_written 535
STAT limit_maxbytes 67108864
STAT threads 4
END

此處的大多數(shù)輸出都非常容易理解。稍后在討論緩存性能時，我還將詳細解釋這些值的含義。至于目前，我們先來看看輸出，然后再使用新的鍵來運行一些 set 命令，并再次運行 stats 命令，注意發(fā)生了哪些變化。

flush_all 
flush_all 是最后一個要介紹的命令。這個最簡單的命令僅用于清理緩存中的所有名稱/值對。如果您需要將緩存重置到干凈的狀態(tài)，則 flush_all 能提供很大的用處。下面是一個使用 flush_all 的例子：

set userId 0 0 5
55555
STORED

get userId
VALUE userId 0 5
55555
END

flush_all
OK

get userId
END

緩存性能

在本文的最后，我將討論如何使用高級 memcached 命令來確定緩存的性能。stats 命令用于調優(yōu)緩存的使用。需要注意的兩個最重要的統(tǒng)計數(shù)據(jù)是 et_hits 和 get_misses。這兩個值分別指示找到名稱/值對的次數(shù)（get_hits）和未找到名稱/值對的次數(shù)（get_misses）。

結合這些值，我們可以確定緩存的利用率如何。初次啟動緩存時，可以看到 get_misses 會自然地增加，但在經過一定的使用量之后，這些 get_misses 值應該會逐漸趨于平穩(wěn) — 這表示緩存主要用于常見的讀取操作。如果您看到 get_misses 繼續(xù)快速增加，而 get_hits 逐漸趨于平穩(wěn)，則需要確定一下所緩存的內容是什么。您可能緩存了錯誤的內容。

確定緩存效率的另一種方法是查看緩存的命中率（hit ratio）。緩存命中率表示執(zhí)行 get 的次數(shù)與錯過 get 的次數(shù)的百分比。要確定這個百分比，需要再次運行 stats 命令，如清單 8 所示：

				
stats
STAT pid 6825
STAT uptime 540692
STAT time 1249252262
STAT version 1.2.6
STAT pointer_size 32
STAT rusage_user 0.056003
STAT rusage_system 0.180011
STAT curr_items 595
STAT total_items 961
STAT bytes 4587415
STAT curr_connections 3
STAT total_connections 22
STAT connection_structures 4
STAT cmd_get 2688
STAT cmd_set 961
STAT get_hits 1908
STAT get_misses 780
STAT evictions 0
STAT bytes_read 5770762
STAT bytes_written 7421373
STAT limit_maxbytes 536870912
STAT threads 1
END

現(xiàn)在，用 get_hits 的數(shù)值除以 cmd_gets。在本例中，您的命中率大約是 71%。在理想情況下，您可能希望得到更高的百分比 — 比率越高越好。查看統(tǒng)計數(shù)據(jù)并不時測量它們可以很好地判定緩存策略的效率。

常有命令如下：

啟動/結束
memcached -d -m 10 -u root -l 192.168.0.122 -p 11200 -c 256 -P /tmp/memcached.pid
-d 選項是啟動一個守護進程， 
-m 是分配給Memcache使用的內存數(shù)量，單位是MB，這里是10MB
-u 是運行Memcache的用戶，這里是root
-l 是監(jiān)聽的服務器IP地址，如果有多個地址的話，這里指定了服務器的IP地址192.168.0.122 
-p 是設置Memcache監(jiān)聽的端口，這里設置了12000，最好是1024以上的端口
-c 選項是最大運行的并發(fā)連接數(shù)，默認是1024，這里設置了256，按照你服務器的負載量來設定
-P 是設置保存Memcache的pid文件
kill `cat /tmp/memcached.pid`

獲取運行狀態(tài)
echo stats | nc 192.168.1.123 11200
watch "echo stats | nc 192.168.1.123 11200" (實時狀態(tài))