NoSQL之一:Memcached
一、NoSQL简介
NoSQL并不是No SQL(不再需要SQL),而是指Not Only SQL(不仅仅只有SQL)。NoSQL并不是用来替代关系型数据库的,而是在某些使用关系型数据库不合适的场景中,可以使用NoSQL数据库进行优化,而在系统中主要的、常规的数据仍然使用关系型数据库。
常用的NoSQL数据库有Memcached、Redis、MongoDB等,其中前两者属于键值对数据库,后者属于文档数据库。它们都有各自的优缺点以及使用场景。
二、Memcached介绍与安装
Memcached是一个专门用来做缓存的数据库,缓存的数据都是在内存当中,当数据库重启之后,数据也就都丢失了。其相当于一个Dictionary键值对集合,根据Key值取Value值。
1、Memcached安装
从网上下载Memcached-win64-1.4.4-14.zip安装包。解压后,通过管理员权限执行如下命令,可将其安装成服务:
G:\MemcachedAfterInstall>memcached.exe -d install
2、Memcached可视化工具
TreeNMS是一款Redis、Memcached可视化客户端工具,实现基于Web方式对Redis、Memcached数据库进行管理、维护。可通过如下链接http://www.treesoft.cn/dms.html进行下载。
下图即该工具的使用界面:
3、Memcached优缺点
优点:
1)多线程,可以充分利用CPU多核的处理性能;
2)做缓存性能高;
缺点:
1)只能保存键值对数据,键值只能是字符串,如果有对象数据只能自己序列化Json字符串;
2)数据只保存在内存中,重启后会丢失;
3)Key最大长度250个字符,Value最长1M;
三、在.Net Core中的使用
1、组件包的安装与使用
在.Net Core项目中调用Memcached数据库的资源,可以使用EnyimMemcachedCore客户端组件包。
通过该组件向Memcached数据库存入数据有三种模式,分别如下:
1)Set:存在则覆盖,不存在则新增;
2)Replace:如果存在则覆盖,并且返回true;如果不存在则不处理,并且返回false;
3)Add:如果不存在则新增,并且返回true;如果存在则不处理,并且返回false;
故,根据以上可知,如果没有特殊要求一般用Set即可。
注意:Memcached数据库中的key的长度最高为250个字符,value的值最大为1M。
2、案例演示
为了演示方便,创建了一个基于.Net Core3.1版本的WPF项目,界面如下:
1)存储数据、读取数据
public partial class MainWindow : Window
{
private readonly MemcachedClient _memcachedClient;
private static readonly ILoggerFactory _loggerFactory = new LoggerFactory();
public MainWindow()
{
InitializeComponent();
var options = new MemcachedClientOptions();
options.AddServer("127.0.0.1", );
_memcachedClient = new MemcachedClient(_loggerFactory, new MemcachedClientConfiguration(_loggerFactory, options));
}
}
private void btnStorage_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var result = _memcachedClient.Store(StoreMode.Set, "supersnow", "yao");
MessageBox.Show($"保存成功?{result}");
} private void btnRead_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var result = _memcachedClient.Get("supersnow");
MessageBox.Show($"读取结果:{result}");
}
2)存储类数据、读取类数据
private async void btnStorage_Class_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var person = new Person
{
Name = "SuperSnow",
Age =
};
var result = await _memcachedClient.StoreAsync(StoreMode.Set, "person_key", person, TimeSpan.FromSeconds());
MessageBox.Show($"保存Person成功?{result}");
}
private async void btnRead_Class_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var result = await _memcachedClient.GetAsync<Person>("person_key");
if (result.Value == null)
MessageBox.Show("数据已经失效");
else
MessageBox.Show($"读取Person结果:{result.Value.Name}:{result.Value.Age}");
}
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
}
3)读取数据异常
对于读取数据失败时,返回结果为false。但是,此时并不知道失败的原因是什么,可以通过如下方法获取失败原因:
private void btnRead_Exception_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var result = _memcachedClient.ExecuteRemove("abc");
MessageBox.Show($"结果:{result.Success},Message:{result.Message},Exception:{result.Exception},StatusCode:{result.StatusCode},InnerResult:{result.InnerResult.Message}");
}
4)Memcached Cas操作
Cas操作类似于关系型数据库中的“乐观锁”,查询的时候会顺带查出一个Cas值,在写入的时候会带着这个Cas值,如果发现Cas值改变了,则说明已经有其他操作提前修改了相应的值。本质上来说Cas就是用来解决并发问题,通过读取一个值,然后做一些处理或判断,然后再写回到数据库中,这种操作有可能产生并发问题。
private CasResult<Person> casResult;
private void btnA_Read_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
casResult = _memcachedClient.GetWithCas<Person>("person_key");
if (casResult.Result != null)
MessageBox.Show($"读取Person结果:{casResult.Result.Name}:{casResult.Result.Age}");
else
MessageBox.Show("没有结果");
} private void btnB_Save_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var result = _memcachedClient.GetWithCas<Person>("person_key");
if (result.Result.Age >= )
result.Result.Age++;
var tag = _memcachedClient.Cas(StoreMode.Set, "person_key", result.Result, result.Cas);
if (tag.Result)
MessageBox.Show("修改成功");
else
MessageBox.Show("修改失败");
} private void btnA_Save_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
if (casResult.Result.Age >= )
casResult.Result.Age++;
else
casResult.Result.Age++;
var tag = _memcachedClient.Cas(StoreMode.Set, "person_key", casResult.Result, casResult.Cas);
if (tag.Result)
MessageBox.Show("修改成功");
else
MessageBox.Show("修改失败");
}
5)Memcached集群
Memcached重启之后,在短时间内大量的请求会涌入数据库,给数据库造成巨大压力,解决此类问题的方法就是使用集群,即使用多Memcached服务器提供服务。
除此之外,Memcached还有可能面临“雪崩”问题,如果所有缓存设置过期时间是一样的,或者失效时间在一个短距离的范围内。那么每隔一段时间就会造成一次数据库访问的高峰。此类问题的解决方法就是将不同缓存的缓存失效时间设置成不一样,如对失效时间加上随机数。
Memcached集群的节点之间不用进行通讯和数据同步,只需要在多个服务器上启动多个Memcached数据库即可。客户端决定了将数据写入不同的Memcached实例,不用做主从复制操作。
节点定位算法有很多种,最常用的就是Ketama算法,该算法根据Key算出一个hash值,然后根据hash值再得出服务器。如下例所示:
private readonly MemcachedClient _memcachedClient;
private static readonly ILoggerFactory _loggerFactory = new LoggerFactory();
public MainWindow()
{
InitializeComponent(); var options = new MemcachedClientOptions();
options.AddServer("127.0.0.1", );
options.AddServer("127.0.0.1", );
options.NodeLocatorFactory = new DefaultNodeLocatorFactory();
_memcachedClient = new MemcachedClient(_loggerFactory, new MemcachedClientConfiguration(_loggerFactory, options));
}
private void btnA_Save_Cluster_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var person = new Person
{
Name = "张三",
Age =
};
var result = _memcachedClient.Store(StoreMode.Set, "", person);
MessageBox.Show($"保存Person成功?{result}");
} private void btnA_Read_Cluster_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var result = _memcachedClient.Get<Person>("");
if (result == null)
MessageBox.Show("数据已经失效");
else
MessageBox.Show($"读取Person结果:{result.Name}:{result.Age}");
} private void btnB_Save_Cluster_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var person = new Person
{
Name = "李四",
Age =
};
var result = _memcachedClient.Store(StoreMode.Set, "", person);
MessageBox.Show($"保存Person成功?{result}");
} private void btnB_Read_Cluster_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var result = _memcachedClient.Get<Person>("");
if (result == null)
MessageBox.Show("数据已经失效");
else
MessageBox.Show($"读取Person结果:{result.Name}:{result.Age}");
}
通过如下命令分别启动两个Memcached实例:
G:\MemcachedAfterInstall>memcached.exe -p 11212
G:\MemcachedAfterInstall>memcached.exe -p 11211
在TreeNMS系统中配置两个数据库连接:
由于Key=1和Key=2的hash值不同,所以缓存数据分别存在于两个Memcached实例中,如下图所示:
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