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Memcached在大型网站中应用

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memcached是一个高性能的分布式的内存对象缓存系统,通过在内存里维护一个统一的巨大的hash表,它能够用来存储各种格式的数据,包括图像、视频、文件以及数据库检索的结果等。最初为了加速 LiveJournal 访问速度而开发的,后来被很多大型的网站采用。起初作者编写它可能是为了提高动态网页应用,为了减轻数据库检索的压力,来做的这个缓存系统。它的缓存是一种分布式的,也就是可以允许不同主机上的多个用户同时访问这个缓存系统, 这种方法不仅解决了共享内存只能是单机的弊端, 同时也解决了数据库检索的压力,最大的优点是提高了访问获取数据的速度!基于memcached作者对分布式cache的理解和解决方案。memcached完全可以用到其他地方 比如分布式数据库, 分布式计算等领域。 
1、 memcached 协议理解 
memcache是为了加快http://www.livejournal.com/访问速度而诞生的一个项目。 
它的官方主页是:http://www.danga.com/memcached/ 
目前在网站开发中应用较少,主要的应用有: 
http://www.danga.com/memcached/users.bml 
在国内的网站开发中,还很少没见到有应用的,中文资料十分匮乏。 
工作机制:通过在内存中开辟一块区域来维持一个大的hash表来加快页面访问速度,和数据库是独立的。但是目前主要用来缓存数据库的数据。允许多个server通过网络形成一个大的hash,用户不必关心数据存放在哪,只调用相关接口就可。存放在内存的数据通过LRU算法进行淘汰出内存。同时可以通过删除和设置失效时间来淘汰存放在内存的数据。 
2、 memcached 使用入门 
2.1 memcached的安装 
?<1>memcached服务的安装 
先检查linux内核版本,建议将memcached 安装在2.6以上。 
因为memcached 需要用到libevent和 epoll 。 
memcached安装前首先确定你的服务器上面安装了libevent库, 
libevent下载地址( http://www.monkey.org/~provos/libevent/)。 
下载memcached的源码( http://www.danga.com/memcached/download.bml)。 
Memcached最初是用perl写的,现在的版本是用c写的。 
下载后拷贝到一个目录,安装需要root用户来执行 
tar -zxvf memcached-1.1.12.tar.gz 
cd memcached-1.1.12 
./configure 
这里必须先要configure, 它会检测你的系统情况,然后生成一个config.h文件和其它的几个文件,另外和其它的configure一样,你可以配置它的安装路径等等。默认应用程序安装在/usr/local/bin目录下。 
make //编译 
make install //安装 
<2>memcached客户端的安装 
根据memcached协议,用户可以自己写出符合自己要求的客户端程序。目前http://www.danga.com/memcached/download.bml 
提供perl,c,java,python,php等客户端程序供下载和参考。下面我就以perl客户端程序为例说明客户端的安装: 
下载后拷贝到一个目录,安装需要root用户来执行 
tar -zxvf Cache-Memcached-1.14.tar.gz 
cd Cache-Memcached-1.14 
perl makefile.pl 
make 
make install 
make test 
这样就安装好了memcahced, 启动memcached就可使用分布式缓存系统了! 

2.2 快速入门 
<1> memcached服务的启动 
memcached的启动非常简单,它没有配置文件,只要配置好几个参数就可以使用了。下面我以一个实际应用的例子,具体说明一下: 
memcached –d –m 500 -l 64.128.191.151 -p 11211 -vv >>/var/www/kelly/test/logs/memcached_$$.log 
启动的这个memcached为一个后台守护进程模式(-d), 然后缓存的空间为500M(-m), 监听(-l)服务器64.128.191.15的11211号端口(-p).,将日志写道/var/www/kelly/test/logs/memcached_$$.log(-vv)。 
其实memcached的参数也非常的有限,就下面这几个: 
? -p port number to listen on 
? -l interface to listen on, default is INDRR_ANY 
? -d run as a daemon 
? -r maximize core file limit 
? -u assume identity of (only when run as root) 
? -m max memory to use for items in megabytes, default is 64 MB 
? -M return error on memory exhausted (rather than removing items) 
? -c max simultaneous connections, default is 1024 
? -k lock down all paged memory 
? -v verbose (print errors/warnings while in event loop) 
? -vv very verbose (also print client commands/reponses) 
? -h print this help and exit 
? -i print memcached and libevent license 
我们也可以将这个启动脚本写道/etc/rc.d或者/erc/rc.local,这样可以在服务器启动时候执行。 
<2> memcached客户端的连接 
下面我就以perl客户端程序为例说明客户端的连接: 
启动两个memcached server 
memcached –d –m 500 -l 64.128.191.151 -p 11211 -vv >>/var/www/kelly/test/logs/memcached_$$.log 
memcached –d –m 500 -l 64.128.191.151 -p 11212 -vv >>/var/www/kelly/test/logs/memcached_$$.log 
perl客户端程序 
#!/usr/bin/perl 
use Cache::Memcached; 
my $memd = new Cache::Memcached { 
'servers' => [ "64.128.191.15:11211" , "64.128.191.15:11212"], 
}; 
my $val = $memd->get( "my_key" ); 
if ( $val ) 

print "Value is '$val'\n"; 

# Set a value 
$memd->set("my_key", "123"); 
$memd->disconnect_all(); 
?运行测试 
$ perl test-memcache.pl 
$ perl test-memcache.pl 
Value is '123' 
可以看到,第一次没有取得my_key,第二次从memcached中得到my_key的值。 
同时通过查看日志,可以发现的确存储在两个memcache server中。 
这个简单的例子,解释了如何在memcached中存取数据,以及memcache是真正的分布式缓存系统。 
当然,这还只是很简单的例子,体现不出memcache的优势,下面将通过一个很具体的例子,给出详细的应用。 
3、 memcached在Zorpia的应用 
http://www.zorpia.com 是一个网页相册,博客,交友,论坛的大型网站公司。现在已有超过140万活跃使用者遍布美国,香港,东南亚,欧洲,澳洲,亚洲等其它地区。每天的访问量都在增长,已成为全世界排名第五的社会生活关系网。 
Memcached也采用了memcached来提高网站的访问速度,并且取得了很好的效果,我在负责zorpia的memcached项目时候积累了一些经验,主要的做法如下: 
1) 通过对memcache的perl客户端进行包装,定制自己的客户端。 
2) 通过制定符合zorpia规范的hash key命名规范 
? ? memcache中需要存储的内容的key均由string组成。 
这个string统一由一个memcache.pm的subroutine来实现。(假设这个subroutine是 get_key() ) 
? ? memcache中存放两种形式的数据 
(1) result of SQL query : 
(2) 普通变量(variable) 
这两种数据的key的组合方式是不相同的,由get_key进行判断和完成 
? ? 关于get_key 和 naming rule 
get_key subroutine完成所有memcache key的命名,naming rule也是在它里边体现: 
(1)输入参数 -- hash结构,里边定义了当前需要存放的数据的信息 
结构 
(2)返回值 -- string,返回数据的key_name 
?必须确定 get_key 的传入hash的结构, 
hash中主要有两个元素 
type --- 定义当前数据结构的类型 ,有 'var' , 'sql'两种值 
object --- 存放当前数据结构的详细信息, 
当 type eq 'var'时,object表示变量的名字,该名字由程序员指定 
当 type eq 'sql'时,object包含所存放sql的主要基本信息,hash结构,也由程序员按照规则制定 
## 当variable 数据类型,比较简单 
$var_hash = { 
type => 'var', ## var表示当前类型是 variable 
object => 'language', ## language代表variable的名字 
}; 
生成的key是Zorpia::var| language 
## sql 数据 
比如select first_name from user where user_id =2那么hash为 
$sql_hash = { 
type => 'sql', 
object => { 
table => {table2=>"user",}, ## sql 查询的表 
column => {column1=>"first_name",}, ## sql所要查询的column 
condition => { user_id =>"2",}, ## sql条件 
}, 
}; 
生成的key是Zorpia::sql|user|first_name| user_id =2 
get_key subroutine必须对传入hash进行判断,对不同类型的数据按照不同的方式组合,形成key,返回给使用者。这个key,必须保证其唯一性: 
比如:所有字母小写,一些数组在组合成key之前必须首先排序 
? ? get_key函数 
sub get_key{ 
my $hash = shift; 
return undef unless $hash && ref $hash eq "HASH"; 
my $type = $hash->{type}; 
my $key_name; 
if ($type eq 'sql') { 
my ($table_key,$column_key,$condition_key); 
$table_key=_get_key($hash->{object}->{table}); 
$column_key=_get_key($hash->{object}->{column}); 
$condition_key=_get_key($hash->{object}->{condition}); 
$key_name = join('|',$type,$table_key,$column_key,$condition_key); 
#Currently the length limit of a key is set at 250 characters 
if (length($key_name)>250) 

$key_name=substr(0,250,$key_name); 


elsif($type eq 'var') 

$key_name = join('|',$type,$hash->{object}); 

return $key_name; 

sub _get_key 

my $hash=shift; 
return undef unless $hash && ref $hash eq "HASH"; 
my ($t,$ret,$i); 
foreach $i (sort keys %$hash) 

$i=~s/^\s+|\s+$//g; 
$hash->{$i}=~s/^\s+|\s+$//g; 
push(@$t,lc("$i=$hash->{$i}")); 

$ret=join(':',sort { $a cmp $b } @$t); 
return $ret; 

3) 制定需要应用memcached的规则 
?经常访问的表user,user_details 
?合理设定变量在memcached的生存周期 
?将活跃用户的信息预先导入到memcached 
?分别在多台机器上启动多个memcached服务 
?编写脚本监控memcached服务是否活动 

4) User表的具体应用举例 
? 在 select时候 
先查询memcahce里有没有,有的话,返回;否则从数据库select,在memcache里设置,返回。 
my $sql_hash = { 
type => 'sql', 
object => { 
table => {table1=>"user",}, 
column => {column1=>"user_id",}, 
condition => {email=>$user_id,}, 
}, 
}; 
my $key=Zorpia::MemCache::get_key($sql_hash); 
my $user_id_by_email=Zorpia::MemCache::get($key); 
if(!$user_id_by_email) 

my $sth; 
my $query ="select user_id from user where email=?"; 
$sth = $dbh->prepare($query); 
$sth->execute($user_id); 
my $user1 = $sth->fetchrow_hashref(); 
$user_id_by_email=$user1->{'user_id'}; 
Zorpia::MemCache::set($key,$user_id_by_email,1800); 

?在 update,insert,delete时候 
先在数据库update,insert,delete,在memcache里设置,返回。 
&Zorpia::DB::data_entry_no_return($dbh,"user","COUNT(*)","$account_information_insert_statement user_id=$current_user_id", "user_id=$current_user_id"); 
#add by kelly 
my $sql_hash = { 
type => 'sql', 
object => { 
table => {table1=>"user",}, 
column => {column1=>"user_id",}, 
condition => {user_id=>$current_user_id,}, 
}, 
}; 
my $key=Zorpia::MemCache::get_key($sql_hash); 
my $query = "SELECT *, user_id AS id FROM user WHERE user_id=?"; 
my $sth_memc = $dbh->prepare($query); 
$sth_memc->execute($current_user_id); 
my $user_memc = $sth_memc->fetchrow_hashref(); 
&Zorpia::MemCache::set($key,$user_memc,21600); 
4、 memcached的应用展望 
使用了memcached以后, 我发现以前做过的很多的项目都可以应用它提高效率,包括最近做的“大单追踪”, “数码搜索”等等。当然既然memcahced是分布式的缓存系统,那么它就是建立了一个分布式的平台, 我们可以用它来进行分布式的记数, 因为对于一个键值key我们可以设置它的数值以及有效期在参数中,另外还可以重新设置这个键值的数值。 所以我总结了一下目前可以应用到的地方: 
<1>.数据库检索结果的缓存,也就是说可以有机的和数据库结合起来应用,提高效率。 
这也是目前memcached用到的最多的地方,比如用于大型网站等。 
可以这样来实现: 
打开memcached服务器连接 
编写sql语句, 同时算出它的一个hash key值 
获取这个hash值的memcached保存数据(get) 
如果获取的这个hash值的数据存在。返回 
否则连接数据库查找 
把这个查找结果保存在memcached中(set),可以设置有效期 
返回查找结果 
<2>.分布式计算 
<3>.分布式共享数据 
总之,memcached的机制比较灵活,可以适用于一切需要分布式缓存数据的地方,随着memcached逐渐为人所知,必将在更多的分布式应用领域大放异彩.

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