MemCache

memcache是一套分散式的高速快取系統，由LiveJournal的Brad Fitzpatrick開發，但目前被許多網站使用以提升網站的訪問速度，尤其對於一些大型的、需要頻繁訪問資料庫的網站訪問速度提升效果十分顯著。這是一套開放原始碼軟體，以BSD license授權發布。

基本介紹

• 外文名：MemCache
• 特點：分散式的高速快取系統
• 開發：LiveJournal的Brad Fitzpatrick
• 類型：開放原始碼軟體

解析

MemCache的工作流程如下：先檢查客戶端的請求數據是否在memcached中，如有，直接把請求數據返回，不再對資料庫進行任何操作；如果請求的數據不在memcached中，就去查資料庫，把從資料庫中獲取的數據返回給客戶端，同時把數據快取一份到memcached中（memcached客戶端不負責，需要程式明確實現）；每次更新資料庫的同時更新memcached中的數據，保證一致性；當分配給memcached記憶體空間用完之後，會使用LRU（Least Recently Used，最近最少使用）策略加上到期失效策略，失效數據首先被替換，然後再替換掉最近未使用的數據。

Memcache是一個高性能的分散式的記憶體對象快取系統，通過在記憶體里維護一個統一的巨大的hash表，它能夠用來存儲各種格式的數據，包括圖像、視頻、檔案以及資料庫檢索的結果等。簡單的說就是將數據調用到記憶體中，然後從記憶體中讀取，從而大大提高讀取速度。

Memcache是danga的一個項目，最早是LiveJournal 服務的，最初為了加速 LiveJournal 訪問速度而開發的，後來被很多大型的網站採用。

Memcached是以守護程式(監聽)方式運行於一個或多個伺服器中，隨時會接收客戶端的連線和操作。

特性和限制

在 Memcached中可以保存的item數據量是沒有限制的，只要記憶體足夠 。
Memcached單進程在32位系統中最大使用記憶體為2G，若在64位系統則沒有限制,這是由於32位系統限制單進程最多可使用2G記憶體,要使用更多記憶體，可以分多個連線埠開啟多個Memcached進程 ,
最大30天的數據過期時間,設定為永久的也會在這個時間過期，常量REALTIME_MAXDELTA
60*60*24*30控制
最大鍵長為250位元組，大於該長度無法存儲，常量KEY_MAX_LENGTH 250控制
單個item最大數據是1MB，超過1MB數據不予存儲，常量POWER_BLOCK 1048576進行控制，
它是默認的slab大小
最大同時連線數是200，通過 conn_init()中的freetotal進行控制，最大軟連線數是1024，通過
settings.maxconns=1024 進行控制
跟空間占用相關的參數：settings.factor=1.25, settings.chunk_size=48, 影響slab的數據占用和步進方式

memcached是一種無阻塞的socket通信方式服務，基於libevent庫，由於無阻塞通信，對記憶體讀寫速度非常之快。
memcached分伺服器端和客戶端，可以配置多個伺服器端和客戶端，套用於分散式的服務非常廣泛。
memcached作為小規模的數據分散式平台是十分有效果的。

memcached是鍵值一一對應，key默認最大不能超過128個字 節，value默認大小是1M，也就是一個slabs，如果要存2M的值（連續的），不能用兩個slabs，因為兩個slabs不是連續的，無法在記憶體中 存儲，故需要修改slabs的大小，多個key和value進行存儲時，即使這個slabs沒有利用完，那么也不會存放別的數據。

memcached已經可以支持C/C++、Perl、PHP、Python、Ruby、Java、C#、Postgres、Chicken Scheme、Lua、MySQL和Protocol等語言客戶端。

接口介紹

Memcache客戶端包含兩組接口，一組是面向過程的接口，一組是面向對象的接口，具體可以參考PHP手冊

MemCache“LXXV. Memcache Functions” 這章。

Memcache面向對象的常用接口包括：

Memcache::connect -- 打開一個到Memcache的連線

Memcache::pconnect -- 打開一個到Memcache的長連線

Memcache::close -- 關閉一個Memcache的連線

Memcache::set -- 保存數據到Memcache伺服器上

Memcache::get --提取一個保存在Memcache伺服器上的數據

Memcache::replace --替換一個已經存在Memcache伺服器上的項目（功能類似Memcache::set）

Memcache::delete -- 從Memcache伺服器上刪除一個保存的項目

Memcache::flush -- 刷新所有Memcache伺服器上保存的項目（類似於刪除所有的保存的項目）

Memcache::getStats -- 獲取當前Memcache伺服器運行的狀態

協定分析

如果你不喜歡 php_memcache.dll 擴展或者伺服器目前不支持這個擴展，那么就可以考慮自己構建.

Memcahe的客戶端，要先了解Memcache協定的互動，這樣才能開發自己的客戶端，這裡簡單的分析一下Memcache的協定。（更詳細的協定內容請在Memcache伺服器端的源碼的 doc/protocol.txt檔案中）

Memcache既支持TCP協定，也支持UDP協定，不過我們這裡是以TCP協定的協定作為主要考慮對象，想了解UDP協定的過程，請參考 doc/protocol.txt檔案。

[ 錯誤指令]

Memcache的協定的錯誤部分主要是三個錯誤提示指令：

普通錯誤信息，比如指令錯誤之類的

ERROR

客戶端錯誤

CLIENT_ERROR <錯誤信息>

伺服器端錯誤

SERVER_ERROR <錯誤信息>

[ 數據保存指令]

數據保存是基本的功能，就是客戶端通過命令把數據返回過來，伺服器端接收後進行處理。

指令格式：

<命令> <鍵> <標記> <有效期> <數據長度>

<命令> - command name

主要是三個儲存數據的三個命令， set, add, replace

set 命令是保存一個叫做key的數據到伺服器上

add 命令是添加一個數據到伺服器，但是伺服器必須保證這個key是不存在的，能夠保證數據不會被覆蓋

replace 命令是替換一個已經存在的數據，如果數據不存在，就是類似set功能

<鍵> - key

就是保存在伺服器上唯一的一個表示符，必須是跟其他的key不衝突，否則會覆蓋掉原來的數據，這個key是為了能夠準確的存取一個數據項目

<標記> - flag

標記是一個16位的無符號整形數據，用來設定伺服器端跟客戶端一些互動的操作

<有效期> - expiration time

是數據在伺服器上的有效期限，如果是0，則數據永遠有效，單位是秒，Memcache伺服器端會把一個數據的有效期設定為當前Unix時間+設定的有效時間

<數據長度> - bytes

數據的長度，block data 塊數據的長度，一般在這個個長度結束以後下一行跟著block data數據內容，傳送完數據以後，客戶端一般等待伺服器端的返回。

數據保存成功

STORED

數據保存失敗，一般是因為伺服器端這個數據key已經存在了

NOT_STORED

[ 數據提取命令]

從伺服器端提取數據主要是使用get指令，格式是：

get <鍵>*

<鍵>* -key

key是一個不為空的字元串組合，傳送這個指令以後，等待伺服器的返回。如果伺服器端沒有任何數據，則是返回：

END

證明沒有不存在這個key，沒有任何數據，如果存在數據，則返回指定格式：

VALUE <鍵> <標記> <數據長度>

<數據塊>

返回的數據是以VALUE開始的，後面跟著key和flags，以及數據長度，第二行跟著數據塊。

<鍵> -key

是傳送過來指令的key內容

<標記> - flags

是調用set指令保存數據時候的flags標記

<數據長度> - bytes

是保存數據時候定位的長度

<數據塊> - data block

數據長度下一行就是提取的數據塊內容

[ 數據刪除指令]

數據刪除指令也是比較簡單的，使用delete指令，格式是：

delete <鍵> <逾時時間>

<鍵> - key

key是你希望在伺服器上刪除數據的key鍵

<逾時時間> - timeout

按照秒為單位，這個是個可選項，如果你沒有指定這個值，那么伺服器上key數據將馬上被刪除，如果設定了這個值，那么數據將在逾時時間後把數據清除，該項預設值是0，表示永不過期。

刪除數據後，伺服器端會返回：

DELETED

刪除數據成功

NOT_FOUND

這個key沒有在伺服器上找到

如果要刪除所有伺服器上的數據，可以使用flush_all指令，格式：

flush_all

這個指令執行後，伺服器上所有快取的數據都被刪除，並且返回：

OK

這個指令一般不要輕易使，除非你確實想把所有數據都幹掉，刪除完以後可以無法恢復的。

[其他指令]

如果想了解當前Memcache伺服器的狀態和版本等信息，可以使用狀態查詢指令和版本查詢指令。

如果想了解當前所有Memcache伺服器運行的狀態信息，可以使用stats指令，格式

stats

伺服器將返回每行按照 STAT開始的狀態信息，包括20行，20項左右的信息，包括守護進程的pid、版本、保存的項目數量、記憶體占用、最大記憶體限制等等信息。

如果只是想獲取部分項目的信息，可以指定參數，格式：

stats <參數>

這個指令將只返回指定參數的項目狀態信息。

如果只是想單獨了解當前版本信息，可以使用version指令，格式：

version

將返回以 VERSION 開頭的版本信息

如果想結束當前連線，使用quit指令，格式：

quit

將斷開當前連線

另外還有其他指令，包括incr, decr 等，我也不太了解作用，就不做介紹了，如果感興趣，可以自己去研究。

套用

使用Memcache的網站一般流量都是比較大的，為了緩解資料庫的壓力，讓Memcache作為一個快取區域，把部分信息保存在記憶體中，在前端能夠迅速的進行存取。那么一般的焦點就是集中在如何分擔資料庫壓力和進行分散式，畢竟單台Memcache的記憶體容量的有限的。

[分散式套用]

Memcache本來支持分散式，我們客戶端稍加改造，更好的支持。我們的key可以適當進行有規律的封裝，比如以user為主的網站來說，每個用戶都有UserID，那么可以按照固定的ID來進行提取和存取，比如1開頭的用戶保存在第一台Memcache伺服器上，以2開頭的用戶的數據保存在第二台Memcache伺服器上，存取數據都先按照User ID來進行相應的轉換和存取。

但是這個有缺點，就是需要對User ID進行判斷，如果業務不一致，或者其他類型的套用，可能不是那么合適，那么可以根據自己的實際業務來進行考慮，或者去想更合適的方法。

[ 減少資料庫壓力]

這個算是比較重要的，所有的數據基本上都是保存在資料庫當中的，每次頻繁的存取資料庫，導致資料庫性能急劇下降，無法同時服務更多的用戶，比如MySQL，特別頻繁的鎖表，那么讓Memcache來分擔資料庫的壓力吧。我們需要一種改動比較小，並且能夠不會大規模改變前端的方式來進行改變目前的架構。

一個用PHP編寫的可視化的MemCached管理系統

MemAdmin是一款可視化的Memcached管理與監控工具，使用PHP開發，體積小，操作簡單。

主要功能：

伺服器參數監控：STATS、SETTINGS、ITEMS、SLABS、SIZES實時刷新；

伺服器性能監控：GET、DELETE、INCR、DECR、CAS等常用操作命中率實時監控；

支持數據遍歷，方便對存儲內容進行監視；

支持條件查詢，篩選出滿足條件的KEY或VALUE；

數組、JSON等序列化字元反序列顯示；

兼容memcache協定的其他服務，如Tokyo Tyrant (遍歷功能除外)；

支持伺服器連線池，多伺服器管理切換方便簡潔。

攻擊事件

2018年3月1日，360網路安全回響中心（360 Cert）發出預警，稱監測到一種利用Memcache作為DRDoS放大器進行放大的超大規模DDoS攻擊，這種反射型DDoS攻擊能夠達到5萬倍的放大係數，犯罪分子可利用Memcache伺服器通過非常少的計算資源發動超大規模的DDoS攻擊。