Memcached简介

免费和开源、高性能、分布式内存对象缓存系统，本质上是通用的，但旨在通过减轻数据库负载来加速动态web应用程序。

Memcached是一个内存中的键值存储，用于存储来自数据库调用、API调用或页面呈现结果的小块任意数据(字符串、对象)。

Memcached简单而强大。其简单的设计促进了快速部署、易于开发，并解决了大型数据缓存面临的许多问题。它的API可用于大多数流行的语言。

为何要用Memcached？

设计web应用的时候，高并发与海量数据的处理一直是比较棘手的问题，传统的数据库都是关系型数据库，本身处理数据的过程就比较耗时，如果执行的sql和事务机制设计的不合理，一旦访问量激增，达到万级以上，那时候应用的处理性能就会直线下降，这期间如果跟其他系统还有交互，那整个应用体系都将受灾，甚至会出现雪崩。

这时候你就发现使用memcache能很好的解决这个问题。

我们可以把数据查出来保存到Memcache中，这样可以降低访问数据库的频率，从而减少数据库的负担，web应用的响应速度和可扩展性也会大大提升。

Memcached的工作就是通过一台机器将我们常用到的数据和文件放入一张hash表中，供应用程序使用，Memcached是一种内存型数据库，从而可以大大提升网站的运行效率。

Memcached的内存分配机制：

之前的内存分配大多数都是采用malloc和free来进行的，这样的方式很容易导致大量的内存碎片，时间久了就会影响内存管理器的运行。Memcached采用的是slab allocation机制分配和管理内存。Slab Allocation的基本原理就是按照预先规定的大小，将分配的内存分割成特定长度的块，并把尺寸相同的块分成组（chunk的集合），如果需要申请内存时，memcached会划分出一个新的内存页并分配给需要的slab区域。一旦被分配在重启前不会被回收或者重新分配，这样就解决了内存碎片问题。参考一下网上的图：

Slab Allocation的缺点：

虽然Slab Allocation机制确实解决了内存碎片的问题，不过通过上图可以发现，slab1的chunk为88字节，slab2为112字节，我们分配内存都是采用固定长度，这样就会出现不能充分利用分配的内存。比如：把100字节的数据放到128字节的chunk中，那就会导致28字节的浪费

memcached在启动时指定 Growth Factor因子（通过-f选项）， 就可以在某种程度上控制slab之间的差异。默认值为1.25。

分配的过程：

首先初始化若干个Slab，为每个Slab分配一个Page的内存空间，Page缺省为1MB，每个Page根据Slab规格被划分为若干个相同Size的Chunk，每个Chunk里保存一个Item，每个Item同时包含了Item结构体、k和V，相同Size的Chunk合成一组Slab Class

用Growth Factord对分配策略进行调优，默认值是1.25，Growth Factor的值不同，分配的Chunk的Size就不同，且不同Slab Class中的Chunk数量也会不同，根据需要进行调整。

Memcached的数据失效策略：Lazy expiration + LRU

Lazy Expiration

Memcached 内部不会监视记录是否过期，而是在get时查看记录的时间戳，检查记录是否过期。这种技术被称为lazy（惰性）expiration。因此，Memcached不会在过期监视上耗费CPU时间。

LRU机制

Memcached会优先使用已超时的记录的空间，但即使如此，也会发生追加新记录时空间不足的情况，此时就要使用名为Least Recently Used（LRU）机制来分配空间。顾名思义，这是删除“最近最少使用”的记录的机制。因此，当内存空间不足时（无法从slab class获取到新的空间时），就从最近未被使用的记录中搜索，并将其空间分配给新的记录。从缓存的实用角度来看，该模型十分理想。

Memcached的分布式算法：

当向memcached集群存入/取出Key/value时,memcached客户端会根据一定算法计算存入那台服务器.(第一步 : 选择服务器,第二步 : 存取数据)
余数算法 : 先求得键的整数散列值,再除以服务器数量,根据余数觉得存储那台服务器.(特点 : 简单,高效.但是扩展性差,服务器数量变更时,几乎所有的缓存都会失效)
散列算法 : 先计算memcached的散列值,并将其发布在0-2^32的圆上,然后用同样的方法算出存储数据键的散列值并映射至圆上,最后从数据映射到的位置开始顺时针查找,
将数据保存在查找到的第一台服务器,如果超过2^32还是找不到,则将数据保存在第一台memcached服务器上.如果添加一台memcached服务器,则只在圆上添加的逆时针方向的第一台服务器上的键会受到影响.
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Memcached最大的好处就是大大提升应用的可扩展性，特别是在巨大的系统中。由于客户端自己做了一次哈希，那么我们可以增加大量memcached到集群中。memcached 之间没有相互通信，所以也不会增加 memcached的负载；没有多播协议，不会网

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