memcache常见问题及解答

memcached的cache机制是怎样的？

　　Memcached主要的cache机制是LRU（最近最少用）算法+超时失效。当您存数据到memcached中，可以指定该数据在缓存中可以呆多久Which is forever, or some time in the future。如果memcached的内存不够用了，过期的slabs会优先被替换，接着就轮到最老的未被使用的slabs。

　　memcached如何实现冗余机制？
　　不实现！我们对这个问题感到很惊讶。Memcached应该是应用的缓存层。它的设计本身就不带有任何冗余机制。如果一个memcached节点失去了所有数据，您应该可以从数据源（比如数据库）再次获取到数据。您应该特别注意，您的应用应该可以容忍节点的失效。不要写一些糟糕的查询代码，寄希望于 memcached来保证一切！如果您担心节点失效会大大加重数据库的负担，那么您可以采取一些办法。比如您可以增加更多的节点（来减少丢失一个节点的影响），热备节点（在其他节点down了的时候接管IP），等等。

　　memcached如何处理容错的？
　　不处理！:) 在memcached节点失效的情况下，集群没有必要做任何容错处理。如果发生了节点失效，应对的措施完全取决于用户。节点失效时，下面列出几种方案供您选择：

* 忽略它！ 在失效节点被恢复或替换之前，还有很多其他节点可以应对节点失效带来的影响。

* 把失效的节点从节点列表中移除。做这个操作千万要小心！在默认情况下（余数式哈希算法），客户端添加或移除节点，会导致所有的缓存数据不可用！因为哈希参照的节点列表变化了，大部分key会因为哈希值的改变而被映射到（与原来）不同的节点上。

* 启动热备节点，接管失效节点所占用的IP。这样可以防止哈希紊乱（hashing chaos）。

* 如果希望添加和移除节点，而不影响原先的哈希结果，可以使用一致性哈希算法（consistent hashing）。您可以百度一下一致性哈希算法。支持一致性哈希的客户端已经很成熟，而且被广泛使用。去尝试一下吧！

* 两次哈希（reshing）。当客户端存取数据时，如果发现一个节点down了，就再做一次哈希（哈希算法与前一次不同），重新选择另一个节点（需要注意的时，客户端并没有把down的节点从节点列表中移除，下次还是有可能先哈希到它）。如果某个节点时好时坏，两次哈希的方法就有风险了，好的节点和坏的节点上都可能存在脏数据（stale data）。

　　如何将memcached中item批量导入导出？

　　您不应该这样做！Memcached是一个非阻塞的服务器。任何可能导致memcached暂停或瞬时拒绝服务的操作都应该值得深思熟虑。向 memcached中批量导入数据往往不是您真正想要的！想象看，如果缓存数据在导出导入之间发生了变化，您就需要处理脏数据了；如果缓存数据在导出导入之间过期了，您又怎么处理这些数据呢？

　　因此，批量导出导入数据并不像您想象中的那么有用。不过在一个场景倒是很有用。如果您有大量的从不变化的数据，并且希望缓存很快热（warm）起来，批量导入缓存数据是很有帮助的。虽然这个场景并不典型，但却经常发生，因此我们会考虑在将来实现批量导出导入的功能。

　　Steven Grimm，一如既往地,，在邮件列表中给出了另一个很好的例子：http://lists.danga.com/pipermail/memcached/2007-July/004802.html 。

　　但是我确实需要把memcached中的item批量导出导入，怎么办？？

　　好吧好吧。如果您需要批量导出导入，最可能的原因一般是重新生成缓存数据需要消耗很长的时间，或者数据库坏了让您饱受痛苦。

　　如果一个memcached节点down了让您很痛苦，那么您还会陷入其他很多麻烦。您的系统太脆弱了。您需要做一些优化工作。比如处理"惊群"问题（比如 memcached节点都失效了，反复的查询让您的数据库不堪重负...这个问题在FAQ的其他提到过），或者优化不好的查询。记住，Memcached 并不是您逃避优化查询的借口。

　　如果您的麻烦仅仅是重新生成缓存数据需要消耗很长时间（15秒到超过5分钟），您可以考虑重新使用数据库。这里给出一些提示：

* 使用MogileFS（或者CouchDB等类似的软件）在存储item。把item计算出来并dump到磁盘上。MogileFS可以很方便地覆写item，并提供快速地访问。您甚至可以把MogileFS中的item缓存在memcached中，这样可以加快读取速度。 MogileFS+Memcached的组合可以加快缓存不命中时的响应速度，提高网站的可用性。
    * 重新使用MySQL。MySQL的InnoDB主键查询的速度非常快。如果大部分缓存数据都可以放到VARCHAR字段中，那么主键查询的性能将更好。从memcached中按key查询几乎等价于MySQL的主键查询：将key 哈希到64-bit的整数，然后将数据存储到MySQL中。您可以把原始（不做哈希）的key存储都普通的字段中，然后建立二级索引来加快查询...key被动地失效，批量删除失效的key，等等。

　　上面的方法都可以引入memcached，在重启memcached的时候仍然提供很好的性能。由于您不需要当心"hot"的item被 memcached LRU算法突然淘汰，用户再也不用花几分钟来等待重新生成缓存数据（当缓存数据突然从内存中消失时），因此上面的方法可以全面提高性能。

　　关于这些方法的细节，详见博客：http://dormando.livejournal.com/495593.html 。

　　memcached是如何做身份验证的？
　　没有身份认证机制！memcached是运行在应用下层的软件（身份验证应该是应用上层的职责）。memcached的客户端和服务器端之所以是轻量级的，部分原因就是完全没有实现身份验证机制。这样，memcached可以很快地创建新连接，服务器端也无需任何配置。

　　如果您希望限制访问，您可以使用防火墙，或者让memcached监听unix domain socket。

　　memcached的多线程是什么？如何使用它们？
　　线程就是定律（threads rule）！在Steven Grimm和Facebook的努力下，memcached 1.2及更高版本拥有了多线程模式。多线程模式允许memcached能够充分利用多个CPU，并在CPU之间共享所有的缓存数据。memcached使用一种简单的锁机制来保证数据更新操作的互斥。相比在同一个物理机器上运行多个memcached实例，这种方式能够更有效地处理multi gets。

　　如果您的系统负载并不重，也许您不需要启用多线程工作模式。如果您在运行一个拥有大规模硬件的、庞大的网站，您将会看到多线程的好处。

　　更多信息请参见：http://code.sixapart.com/svn/memcached/trunk/server/doc/threads.txt 。

　　简单地总结一下：命令解析（memcached在这里花了大部分时间）可以运行在多线程模式下。memcached内部对数据的操作是基于很多全局锁的（因此这部分工作不是多线程的）。未来对多线程模式的改进，将移除大量的全局锁，提高memcached在负载极高的场景下的性能。

　　memcached能接受的key的最大长度是多少？
　　key的最大长度是250个字符。需要注意的是，250是memcached服务器端内部的限制，如果您使用的客户端支持"key的前缀"或类似特性，那么key（前缀+原始key）的最大长度是可以超过250个字符的。我们推荐使用使用较短的key，因为可以节省内存和带宽。

　　memcached对item的过期时间有什么限制？
　　过期时间最大可以达到30天。memcached把传入的过期时间（时间段）解释成时间点后，一旦到了这个时间点，memcached就把item置为失效状态。这是一个简单但obscure的机制。

　　memcached最大能存储多大的单个item？
　　1MB。如果你的数据大于1MB，可以考虑在客户端压缩或拆分到多个key中。

　　为什么单个item的大小被限制在1M byte之内？
　　啊...这是一个大家经常问的问题！

　　简单的回答：因为内存分配器的算法就是这样的。

　　详细的回答：Memcached的内存存储引擎（引擎将来可插拔...），使用slabs来管理内存。内存被分成大小不等的slabs chunks（先分成大小相等的slabs，然后每个slab被分成大小相等chunks，不同slab的chunk大小是不相等的）。chunk的大小依次从一个最小数开始，按某个因子增长，直到达到最大的可能值。

　　如果最小值为400B，最大值是1MB，因子是1.20，各个slab的chunk的大小依次是：slab1 - 400B slab2 - 480B slab3 - 576B ...

　　slab中chunk越大，它和前面的slab之间的间隙就越大。因此，最大值越大，内存利用率越低。Memcached必须为每个slab预先分配内存，因此如果设置了较小的因子和较大的最大值，会需要更多的内存。

　　还有其他原因使得您不要这样向memcached中存取很大的数据...不要尝试把巨大的网页放到mencached中。把这样大的数据结构load和unpack到内存中需要花费很长的时间，从而导致您的网站性能反而不好。

　　如果您确实需要存储大于1MB的数据，你可以修改slabs.c:POWER_BLOCK的值，然后重新编译memcached；或者使用低效的malloc/free。其他的建议包括数据库、MogileFS等。

　　我可以在不同的memcached节点上使用大小不等的缓存空间吗？这么做之后，memcached能够更有效地使用内存吗？
　　Memcache客户端仅根据哈希算法来决定将某个key存储在哪个节点上，而不考虑节点的内存大小。因此，您可以在不同的节点上使用大小不等的缓存。但是一般都是这样做的：拥有较多内存的节点上可以运行多个memcached实例，每个实例使用的内存跟其他节点上的实例相同。

　　什么是二进制协议，我该关注吗？

　　关于二进制最好的信息当然是二进制协议规范：http://code.google.com/p/memcached/wiki/MemcacheBinaryProtocol 。

　　二进制协议尝试为端提供一个更有效的、可靠的协议，减少客户端/服务器端因处理协议而产生的CPU时间。
根据Facebook的测试，解析ASCII协议是memcached中消耗CPU时间最多的环节。所以，我们为什么不改进ASCII协议呢？

　　在这个邮件列表的thread中可以找到一些旧的信息：http://lists.danga.com/pipermail/memcached/2007-July/004636.html 。

　　memcached的内存分配器是如何工作的？为什么不适用malloc/free！？为何要使用slabs？
　　实际上，这是一个编译时选项。默认会使用内部的slab分配器。您确实确实应该使用内建的slab分配器。最早的时候，memcached只使用 malloc/free来管理内存。然而，这种方式不能与OS的内存管理以前很好地工作。反复地malloc/free造成了内存碎片，OS最终花费大量的时间去查找连续的内存块来满足malloc的请求，而不是运行memcached进程。如果您不同意，当然可以使用malloc！只是不要在邮件列表中抱怨啊:)

　　slab分配器就是为了解决这个问题而生的。内存被分配并划分成chunks，一直被重复使用。因为内存被划分成大小不等的slabs，如果 item的大小与被选择存放它的slab不是很合适的话，就会浪费一些内存。Steven Grimm正在这方面已经做出了有效的改进。

　　邮件列表中有一些关于slab的改进（power of n 还是 power of 2）和权衡方案：http://lists.danga.com/pipermail/memcached/2006-May/002163.html http://lists.danga.com/pipermail/memcached/2007-March/003753.html 。

　　如果您想使用malloc/free，看看它们工作地怎么样，您可以在构建过程中定义USE_SYSTEM_MALLOC。这个特性没有经过很好的测试，所以太不可能得到开发者的支持。

　　更多信息：http://code.sixapart.com/svn/memcached/trunk/server/doc/memory_management.txt 。

　　memcached是原子的吗？
　　当然！好吧，让我们来明确一下：
　　所有的被发送到memcached的单个命令是完全原子的。如果您针对同一份数据同时发送了一个set命令和一个get命令，它们不会影响对方。它们将被串行化、先后执行。即使在多线程模式，所有的命令都是原子的，除非程序有bug:)
　　命令序列不是原子的。如果您通过get命令获取了一个item，修改了它，然后想把它set回memcached，我们不保证这个item没有被其他进程（process，未必是操作系统中的进程）操作过。在并发的情况下，您也可能覆写了一个被其他进程set的item。

　　memcached 1.2.5以及更高版本，提供了gets和cas命令，它们可以解决上面的问题。如果您使用gets命令查询某个key的item，memcached会给您返回该item当前值的唯一标识。如果您覆写了这个item并想把它写回到memcached中，您可以通过cas命令把那个唯一标识一起发送给 memcached。如果该item存放在memcached中的唯一标识与您提供的一致，您的写操作将会成功。如果另一个进程在这期间也修改了这个 item，那么该item存放在memcached中的唯一标识将会改变，您的写操作就会失败。

　　通常，基于memcached中item的值来修改item，是一件棘手的事情。除非您很清楚自己在做什么，否则请不要做这样的事情。