Memcached基础知识

主要内容：

　　Memcached基本的工作原理

　　Memcached的两阶段哈希

　　Memcached的数据存储方式

　　Memcached新建Item分配内存过程

　　Memcached的数据过期方式

　　Memcached与Spring集成

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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。
　　(借用网上一张图来说明：)

 

　　(c)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
　　　　(c)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：

        <dependency>
            <groupId>commons-pool</groupId>
            <artifactId>commons-pool</artifactId>
            <version>1.5.6</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.danga</groupId>
            <artifactId>memcached</artifactId>
            <version>2.6.6</version>
        </dependency>

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

<bean id="memcachedPool" class="com.danga.MemCached.SockIOPool" factory-method="getInstance"
    init-method="initialize" destroy-method="shutDown">
        <constructor-arg>
            <value>neeaMemcachedPool</value>
        </constructor-arg>
        <property name="servers">
            <list>
                <value>192.168.1.81:3333</value>
            </list>
        </property>
        <property name="weights">
            <list>
                <value>1</value>
            </list>
        </property>
        <property name="initConn">
            <value>5</value>
        </property>
        <property name="minConn">
            <value>5</value>
        </property>
        <property name="maxConn">
            <value>5</value>
        </property>
        <property name="maintSleep">
            <value>30</value>
        </property>
        <property name="nagle">
            <value>false</value>
        </property>
        <property name="maxIdle">
            <value>6000</value>
        </property>
        <property name="socketTO">
            <value>3000</value>
        </property>
    </bean>
    
    <bean id="memCachedClient" class="com.danga.MemCached.MemCachedClient">
        <constructor-arg>
            <value>neeaMemcachedPool</value>
        </constructor-arg>
    </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