一、Memcached概念

Memcached是NoSQL产品之一，是一个临时性键值存储NoSQL数据库，过去被大量使用在互联网网站中，作为应用和数据库之间的缓存层，大大提高查询和访问速度。

Memcached有以下特点:

1、全内存运转：数据从来不保存在硬盘中，机器一重启，数据就全部没有了，所有又称临时性数据库；

2、哈希方式存储：

3、简单文本协议进行数据通信：不需要特定二进制代码，只需要用telnet连通memcached的监听端口，打入简单浅显的代码就能操作；

4、只操作字符型数据：无论往memcached放入什么，都是以字节的方式来处理。还原成数组、哈希表、字符串和数值等都交给应用层来解释。应用读写memcached的数据时，进行序列化和反序列化，把其解释成应用所能理解的数据类型；

5、集群也由应用进行控制，采用一致性散列（哈希）算法。

二、安装Memcached

1、在linux上搭建yum环境

2、使用yum命令进行安装Memcached的rpm包

[root@nn init.d]# yum install memcached

3、启动Memcached，

首先要cd到相应目录

[root@nn ~]# cd /etc/rc.d/init.d/

运行memcached安装脚本

[root@nn init.d]# ./memcached start

4、查看Memcached是否启动

[root@nn init.d]# pstree

表示Memcached进程被启动了，下面开了5个线程

或者使用[root@nn init.d]# ps aux命令

memcached -d -p 11211 -u memcached -m 64 -c 1024 -P /var/run/memcached/memcached.pid

-d表示程序要后台化运行，-p指定端口，-u表示用memcached这个身份来运行，后面的都是memcached的控制参数

5、连接Memcached

[root@nn init.d]# telnet localhost 11211

三、Memcached常用命令

命令格式：

<command name> <key> <flags> <exptime> <bytes>

<data block>

参数说明如下：

1、增加：set、add、cas

2、获取：get、gets、 

3、追加：append、prepend

4、删除：delete

5、清除所有：flush_all

6、加减：incr、decr

7、退出：quit

三、用java连接Memcached

目前java提供了三种API供我们实现与Memcached的连接和存取

1、memcached client for java

较早推出的memcached JAVA客户端API，应用广泛，运行比较稳定。

2、pymemcached

A simple, asynchronous, single-threaded memcached client written in java. 支持异步，单线程的memcached客户端，用到了java1.5版本的concurrent和nio，存取速度会高于前者，但是稳定性不好，测试中常报timeOut等相关异常。

3、xmemcached

XMemcached同样是基于java nio的客户端，java nio相比于传统阻塞io模型来说，有效率高（特别在高并发下）和资源耗费相对较少的优点。传统阻塞IO为了提高效率，需要创建一定数量的连接形成连接池，而nio仅需要一个连接即可（当然,nio也是可以做池化处理），相对来说减少了线程创建和切换的开销，这一点在高并发下特别明显。因此XMemcached与Spymemcached在性能都非常优秀，在某些方面（存储的数据比较小的情况下）Xmemcached比Spymemcached的表现更为优秀，具体可以看这个Java Memcached Clients Benchmark。

本文章使用memcached client for java为例

在使用java连接远程的PC机的Memcached时，记得保证两台机都开启telnet服务，并且本机能telnet通远程机，远程机必须关闭防火墙。

实例代码1：（java连接Memcached并实现数据的存取）

import com.danga.MemCached.MemCachedClient;

import com.danga.MemCached.SockIOPool;

public class memcachedTest {

public static void main(String[] args) {

//初始化SockIOPool，管理Memcached的连接池

String[] servers = {"192.183.3.230:11211"};

SockIOPool pool = SockIOPool.getInstance();

pool.setServers(servers);

pool.setFailover(true);

pool.setInitConn(10);

pool.setMinConn(5);

pool.setMaxConn(250);

pool.setMaintSleep(30);

pool.setNagle(false);

pool.setSocketTO(3000);

pool.setAliveCheck(true);

pool.initialize();

//建立MemcachedClient实例

MemCachedClient memCachedClient = new MemCachedClient();

for(int i = 0;i < 100000;i++){

//将对象加入到memcached缓存

boolean success = memCachedClient.set(""+i, "hello!");

}

for(int i = 0;i < 100000;i++){

//从memcached缓存中按key值取对象

String result = (String)memCachedClient.get(""+i);

System.out.println(String.format("get(%d):%s", i,result+i));

}

}

}

四、测试Memcached性能

为性能对比测试准备数据

1、插入数据到oracle

/**

 * 插入测试数据到oracle数据库

 * @param count插入记录数

 * @return

 */

public static boolean insertIntoOracle(int count){

try {

con = dbConn("feng","feng");

if(con == null){

System.out.println("连接失败");

System.exit(0);

}

System.out.println("truncate table memcached_test......");

sql = "truncate table memcached_test";

pstmt = con.prepareStatement(sql);

rs = pstmt.executeQuery();

System.out.println("truncate table memcached_test finish.");

System.out.println("insert "+count+" values");

sql = "insert into memcached_test (memcachedId,memcachedvalues) values (?,?)";

pstmt = con.prepareStatement(sql);

for(int i = 1;i <= count;i++){

pstmt.setInt(1, i);

pstmt.setString(2, "Memcached is a good thing.I like it very much !-----------"+i);

pstmt.executeUpdate();

}

System.out.println("insert "+count+" values finish.");

rs.close();

pstmt.close();

con.close();

} catch (ClassNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (SQLException e) {

e.printStackTrace();

}

return true;

}

public static Connection dbConn(String name,String pass) throws ClassNotFoundException, SQLException{

Connection conn = null;

Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver");

conn = DriverManager.getConnection("jdbc:oracle:thin:@192.183.3.230:1522:myorcl",name,pass);

return conn;

}

2、插入数据到Memcached

/**

 * 插入测试数据到Memcached

 * @param count插入记录数

 * @return

 */

public static boolean insertIntoMemcached(int count){

//初始化SockIOPool，管理Memcached的连接池

String[] servers = {"192.183.3.230:11211"};

SockIOPool pool = SockIOPool.getInstance();

pool.setServers(servers);

pool.setFailover(true);

pool.setInitConn(10);

pool.setMinConn(5);

pool.setMaxConn(250);

pool.setMaintSleep(30);

pool.setNagle(false);

pool.setSocketTO(3000);

pool.setAliveCheck(true);

pool.initialize();

//建立MemcachedClient实例

MemCachedClient memCachedClient = new MemCachedClient();

System.out.println("insert "+count+" values into memcached......");

for(int i = 1;i < count;i++){

//将对象加入到memcached缓存

boolean success = memCachedClient.set("testData"+i, insertStr+i);

}

System.out.println("insert "+count+" values into memcached finish.");

return true;

}

Main函数调用这两个方法后，会将count条记录，值为insertData，插入到Oracle数据和set进Memcached中。

1、比较同时插入100000条数据的时间

从运行结果可以看出，插入10万条数据到Memcached比插10万条数据入Oracle所用时间有一个质的减少。

2、比较查询时间

以下是连接oracle数据并查找10000条数据的方法

/**

 * oracle数据库查找

 * @param count记录数

 * @return

 * @throws ParseException 

 */

public static long searchOracle(int count) throws ParseException{

long useTime = 0;

try {

con = dbConn("feng","feng");

if(con == null){

System.out.println("连接失败");

System.exit(0);

}

StringBuffer sql =new StringBuffer("select memcachedid,memcachedvalues from memcached_test where memcachedid = ?");

pstmt = con.prepareStatement(sql.toString());

String memcachedvalues = "";

System.out.println("search table memcached_test......");

String beginTime = d.format(new Date());

for(int i = 1;i <= count;i++){

if(i%10 == 0){

pstmt.setInt(1, i);

rs = pstmt.executeQuery();

while(rs.next()){

memcachedvalues = rs.getString(2);

}

}

}

System.out.println("search table memcached_test finish.");

String endTime = d.format(new Date());

useTime = d.parse(endTime).getTime() - d.parse(beginTime).getTime();

long ss = (useTime/1000)%60;//秒

long MM = useTime/60000;//分

System.out.println("Oracle中查找10000条记录的开始时间："+beginTime);

System.out.println("Oracle中查找10000条记录的结束时间："+endTime);

System.out.println("Oracle中查找10000条记录的所用时间：  "+MM+"分"+ss+"秒");

rs.close();

pstmt.close();

con.close();

} catch (ClassNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (SQLException e) {

e.printStackTrace();

}

return useTime;

}

以下是连接Memcached并查找10000条数据的方法

/**

 * Memcached查找

 * @param count

 * @return

 * @throws ParseException

 */

public static long searchMemcached(int count) throws ParseException{

//初始化SockIOPool，管理Memcached的连接池

String[] servers = {"192.183.3.230:11211"};

SockIOPool pool = SockIOPool.getInstance();

pool.setServers(servers);

pool.setFailover(true);

pool.setInitConn(10);

pool.setMinConn(5);

pool.setMaxConn(250);

pool.setMaintSleep(30);

pool.setNagle(false);

pool.setSocketTO(3000);

pool.setAliveCheck(true);

pool.initialize();

//建立MemcachedClient实例

MemCachedClient memCachedClient = new MemCachedClient();

System.out.println("search 10000 data in Memcached......");

String memcachedvalues = "";

String beginTime = d.format(new Date());

for(int i = 1;i <= count;i++){

//从memcached缓存中按key值取对象

if(i%10 == 0){

memcachedvalues = (String)memCachedClient.get("testData"+i);

}

}

System.out.println("search 10000 data in Memcached finish.");

String endTime = d.format(new Date());

long useTime = d.parse(endTime).getTime() - d.parse(beginTime).getTime();

long ss = (useTime/1000)%60;//秒

long MM = useTime/60000;//分

System.out.println("从Memcached查找10000条记录的开始时间："+beginTime);

System.out.println("从Memcached查找10000条记录的结束时间："+endTime);

System.out.println("从Memcached查找10000条记录的所用时间：  "+MM+"分"+ss+"秒");

return useTime;

}

运行结果如下：

从运行结果可以看出，同时查找10000条数据，Memcached所用时间比1Oracle所用时间减少了29秒。

四、启动多个节点的Memcached

由于实验器材有限，现在在同一台pc机中启动多个Memcached，只要设定端口不一样，这些Memcached之间互相不会干扰。

启动命令如下：

[root@nn init.d]# memcached -d -p 11212 -u memcached -m 64 -c 1024

[root@nn init.d]# memcached -d -p 11213 -u memcached -m 64 -c 1024

其中-d表示在后台运行，-p表示端口号，-u表示用户

启动之后用pstree查看

[root@nn init.d]# pstree

3*[memcached───5*[{memcached}]]表示有3组Memcached的进程。

或者用ps aux命令

[root@nn init.d]# ps aux

往多节点的Memcached中插入数据的java代码

/**

 * 往节点Memcached插入数据

 * @param count

 */

public static void testManyNode(int count){

//初始化SockIOPool，管理Memcached的连接池

String[] servers = {"192.183.3.230:11211","192.183.3.230:11212","192.183.3.230:11213"};

SockIOPool pool = SockIOPool.getInstance();

pool.setServers(servers);

pool.setFailover(true);

pool.setInitConn(10);

pool.setMinConn(5);

pool.setMaxConn(250);

pool.setMaintSleep(30);

pool.setNagle(false);

pool.setSocketTO(3000);

pool.setAliveCheck(true);

pool.initialize();

//建立MemcachedClient实例

MemCachedClient memCachedClient = new MemCachedClient();

String beginTime = d.format(new Date());

for(int i = 1;i <= count;i++){

//将对象加入到memcached缓存

boolean success = memCachedClient.set("node"+i, insertStr+i);

}

}

Memcached的查询结果：

从结果中可以看出，数据分布到Memcached的不同节点上。

五、高可用方案repcached

假如Memcached中有一个节点失效了，这个节点所管辖的数据都没有，我们必须重新去数据库中获取数据放入新的节点中，这样会引发数据库性能的波动。这里就需要我们做一个高可用的Memcached，使得Memcached中的每一个节点都有另外一个节点与之一一对应，这两个一一对应的节点中的数据是一模一样的。这样当其中一个节点失效了，另外一个节点就能马上接管缓存的工作，这样就不需要重新从数据库中获取数据库。

下面我们使用repcached来实现Memcached的高可用

1、下载repcached

[root@nn ~]# wget http://downloads.sourceforge.net/repcached/memcached-1.2.8-repcached-2.2.tar.gz

2、杀死本机上的所有Memcached

[root@nn ~]# killall memcached

3、解压下载的repcached

[root@nn ~]# tar zxvf memcached-1.2.8-repcached-2.2.tar.gz

4、进入所解压的目录

[root@nn ~]# cd memcached-1.2.8-repcached-2.2

5、安装依赖包，运行编译repcached所需要的

[root@nn memcached-1.2.8-repcached-2.2]# yum install libevent-devel

6、开始安装repcached

[root@nn memcached-1.2.8-repcached-2.2]# ./config --enable-replication --program-transform-name=s/memcached/repcached/

安装好之后就会产生一个Makefile文件

7、可以使用Makefile来编译

[root@nn memcached-1.2.8-repcached-2.2]# make

[root@nn memcached-1.2.8-repcached-2.2]# make install

可以看到主要安装的程序有repcached和repcached-debug

8、启动Memcached的高可用集群（注意不能用root用户来启动）

[oracle@nn ~]$ /usr/local/bin/repcached -p 11211 -v -d

[oracle@nn ~]$ /usr/local/bin/repcached -p 11212 -x localhost -v -d

其中-x表示要监听高可用机器，如果是其他端口要写上“:端口号”，如果是默认端口（11211），就不需要写。

9、测试：从11211端口插入数据，到11212端口去查找；从11212端口插入数据，到11211端口去查找

从测试结果可以看出，这个高可用复制是双向的。无论在哪一个节点插入数据，都可以在另外一个节点中查到。

六、Memcached的一致性

如果有两个不同终端连接同一Memcached服务，对同一key值进行修改，结果会如何呢？

下面来做实验

1、A终端连接Memcached并set入key为counter的一个值1

用gets命令看出，比用get命令多最后一个数字，这个数字表示这个key的版本号

2、B终端连接Memcached并set入key为counter的一个值2

3、用set命令去改会改变一致性，这里改用cas命令

我们用gets查看当前的版本号是3

用cas最后一个参数表示版本号，如果版本号不一样，不能修改，会有EXISTS提示，表示修改失败；如果版本号一致，就能修改成功。

Memcached的缺点

1、纯内存操作的数据库，关机或者关闭Memcached进程后数据全部丢失；

2、保存字节数，数据类型贫乏，其他数据类型都要通过应用程序来解释，这样应用端要做的事情会很多，服务器端要做的事情就很好很好了；

3、兼容性差，不同编程语言之间不能相互调用；

4、LRU算法导致数据不可控的丢失；

5、一致性处理简单；

6、应用场景有限，难以被看成是完整的数据库产品，仅仅用来做数据库和应用之间的缓存层。

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NoSQL之Memcached