高性能内存对象缓存Memcached原理与部署

Memcached 原理

Memcached 是一个高性能、分布式内存对象缓存系统，主要用于减轻数据库负载、提高Web应用的响应速度和性能。其核心思想是利用内存存储数据，并通过键值对的方式快速读取。以下是Memcached的主要原理：

数据存储

Memcached 使用内存来存储数据，通过哈希表的方式实现键值对的存储。每个键都有一个对应的值，值可以是任意数据类型，如字符串、列表、对象等。由于所有数据都存储在内存中，因此数据读取的速度非常快。

数据分布

Memcached 是一个分布式系统，可以将数据分布存储在多个服务器上。通过一致性哈希算法，将键映射到具体的服务器上，从而实现数据的分布式存储。这种方式使得系统能够灵活扩展，并具备高可用性。

数据读取

当客户端请求某个键对应的值时，Memcached 根据一致性哈希算法找到存储该键的服务器，从该服务器的内存中读取对应的值，并返回给客户端。由于所有数据都存储在内存中，因此读取速度非常快，减少了数据库的访问次数。

缓存淘汰策略

Memcached 使用LRU（Least Recently Used）策略来管理缓存。当缓存达到最大容量时，会淘汰最近最少使用的数据，以便腾出空间存储新的数据。这种策略保证了缓存的有效利用，并避免了缓存污染。

Memcached 部署

环境准备

在部署Memcached之前，需要准备相应的环境。Memcached 是基于C语言编写的，因此需要在一个支持C语言编译的环境中部署。以下是一个基本的部署环境示例：

• 操作系统：CentOS 7
• IP地址：192.168.138.138
• 主要软件包：libevent-2.1.8-stable.tar.gz、memcached-1.5.6.tar.gz

安装步骤

1. 安装Libevent

   Libevent 是一款跨平台的事件处理接口的封装，可以兼容多个操作系统的事件访问。Memcached 的安装依赖于 Libevent，因此需要先完成 Libevent 的安装。

   	tar xvf libevent-2.1.8-stable.tar.gz -C /opt/
   	cd /opt/libevent-2.1.8-stable/
   	./configure --prefix=/usr/local/libevent
   	make && make install

2. 安装Memcached

   使用源码方式安装Memcached，安装时需要指定Libevent的安装路径。

   	tar xvf memcached-1.5.6.tar.gz -C /opt/
   	cd /opt/memcached-1.5.6/
   	./configure --prefix=/usr/local/memcached --with-libevent=/usr/local/libevent
   	make && make install

3. 配置与启动Memcached

   安装完成后，可以通过配置文件或者命令行参数来启动Memcached。以下是一个基本的启动命令示例：

   memcached -d -m 32m -p 11211 -u root

   其中，-d 表示以守护进程方式运行，-m 32m 表示分配32MB内存给Memcached，-p 11211 表示使用11211端口，-u root 表示以root用户身份运行。

性能优化

为了发挥Memcached的最佳性能，可以从以下几个方面进行优化：

1. 合理配置内存：根据应用的需求和服务器的内存大小，合理配置Memcached的内存分配。
2. 优化数据结构：尽量将数据拆分为小块，存储在Memcached中，以减少内存占用和传输开销。
3. 使用批量操作：在进行大量读写操作时，使用批量操作（如get_multi和set_multi）来减少网络开销。
4. 监控和调整：通过监控Memcached的使用情况（如命中率、内存使用率等），及时发现和解决性能瓶颈。