Memcached源码剖析笔记

### Memcached源码剖析知识点 #### 一、背景与概述 **Memcached**是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，其主要目标是通过缓存数据和对象到内存中，从而减少对后端数据库的访问频率，进而提升动态Web应用程序的速度。这种缓存策略有效地减轻了数据库的负载，特别是在高并发场景下，极大地提升了系统的响应速度。 Memcached采用了一个简单的键值存储模型，即每个存储的对象都关联着一个唯一的键。这种方式使得开发者能够快速地存取数据，而无需复杂的查询逻辑。此外，Memcached支持多种数据类型，包括但不限于字符串、对象等。 #### 二、安装与配置 ##### 安装过程 - **依赖库**：Memcached依赖于`libevent`库进行事件处理，因此在安装Memcached前需确保已安装`libevent`。 - **下载与编译**：可以通过官方站点下载最新版本的Memcached源码包，然后使用`./configure`和`make`命令完成编译。 - **自动化安装**：对于Ubuntu系统，可以直接使用包管理器（如`apt-get`）进行安装。 ##### 配置参数 - `-d`：以守护进程模式运行。 - `-m`：设置Memcached可以使用的最大内存大小，单位为MB。 - `-l`：设置监听的IP地址。 - `-p`：设置监听端口，默认为11211。 - `-u`：指定运行的用户。 - `-f`：设置内存分配的增长因子，用于优化内存使用。 - `-v`或`-vv`：显示详细的运行信息。 #### 三、使用方法 Memcached提供了多种命令来操作缓存数据： ##### 存储命令 - `set`：将键值对添加到缓存中。 - `add`：仅当键不存在时才添加键值对。 - `replace`：仅当键已存在时替换键值对。 - `append`：向键对应的值尾部追加数据。 - `prepend`：向键对应的值头部添加数据。 ##### 读取命令 - `get`：获取键对应的值。 - `bget`：批量获取多个键对应的值。 - `gets`：获取键对应的值及其CAS值（用于处理并发更新问题）。 ##### 删除命令 - `delete`：删除指定的键值对。 ##### 高级命令 - `incr`/`decr`：对指定键对应的数值型值进行增加或减少操作。 - `flush_all`：清空所有缓存。 ##### 其他命令 - `stats`：获取服务器状态信息。 - `version`：获取服务器版本信息。 #### 四、内部工作机制 ##### 基本的数据结构 - **哈希表**：用于存储键值对，通过哈希函数计算出键的哈希值，再通过该值定位到具体的槽位。 - **链表**：用于实现内存分配机制中的LRU算法。 ##### 设计概念与处理流程 - **客户端-服务器架构**：客户端通过网络协议与Memcached服务器通信，服务器负责处理请求并返回结果。 - **非阻塞I/O**：利用`libevent`库实现高效的事件驱动机制，使得服务器能够在单个进程中处理多个客户端的请求。 - **内存管理**：采用`slab`分配机制，预先分配不同大小的内存块以满足不同大小对象的存储需求，同时使用LRU算法回收不再使用的内存块。 ##### 内部Hash机制 - **Hash函数**：用于计算键的哈希值，从而确定数据的存储位置。 - **冲突解决**：当两个不同的键映射到相同的槽位时，通过链表来解决冲突。 ##### Slab内存处理机制 - **Slab概念**：Memcached预分配一系列固定大小的内存块，这些内存块按大小分组为不同的slab class。 - **LRU算法**：为了高效地管理和回收内存资源，Memcached采用了LRU算法来跟踪最久未使用的内存块。 - **主要函数**：`alloc`用于分配内存，`free`用于释放内存，`reclaim`用于回收不再使用的内存块。 ##### 控制item的各种函数 - `create_item`：创建一个新的缓存项。 - `touch_item`：更新缓存项的过期时间。 - `expire_item`：设置缓存项的过期时间。 - `delete_item`：从缓存中删除一个项。 ##### 守护进程机制 - Memcached默认以守护进程模式运行，这意味着它可以脱离终端并在后台持续运行。 ##### Socket处理机制 - **Unix域套接字**：用于同一主机上的进程间通信。 - **TCP/UDP协议**：用于跨主机的远程通信。 ##### 多线程处理机制 - Memcached本身采用单线程模型，但可以通过多实例部署实现横向扩展。 ##### 事件处理机制 - **事件驱动**：Memcached的核心处理逻辑基于事件驱动，这使得它能够高效地处理大量并发连接。 #### 五、总结 通过对Memcached源码的深入分析，我们不仅理解了其核心功能是如何实现的，还掌握了如何更高效地使用它来提升Web应用的性能。了解这些内部细节对于优化应用程序的缓存策略以及故障排查具有重要意义。