一、简介
1.1 介绍
Memcached 是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，用于动态web应用以减轻数据库负载。它通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数，从而提高了网站的访问速度。
Memcached是使用的key-value存储（数据按照键值对的形式进行组织、索引和存储），数据可以来自数据库调用、API调用 或者页面渲染结果。
Memcached 能用于 java/c/c++/c#/Perl/Python/php/ruby等大部分流行语言
Memcached 仅支持简单的 key-value结构的数据记录。
memcached缺乏认证以及安全管制，应该将memcached服务器放置在防火墙后。
memcached的API使用三十二比特的循环冗余校验（CRC-32）计算键值后，将数据分散在不同的机器上。当表格满了以后，接下来新增的数据会以LRU机制替换掉。由于memcached通常只是当作缓存系统使用，所以使用memcached的应用程序在写回较慢的系统时（像是后端的数据库）需要额外的代码更新memcached内的数据。
1.2 memcache与memcached
memcache：是早期使用的，与php结合的，是Php中常用的一个原生插件，完全在php框架内开发的
memcached：是建立在 libmemcached的基础上，所以相对而言版本的功能更全面。现在都是用这个
区别：Memcached 是一个内存缓存系统，而 Memcache 是php的一个扩展插件，是php用于操作和管理 Memcached 的工具，
- 如果安装了 Memcached 但没有安装 Memcache，则php 无法操作 Memcached，但是可以使用命令来操作 Memcached;
- 如果安装了 Memcache却没有安装 Memcached，则无法使用。
- 只有同时安装了 Memcached 和 Memcache ，才能在 PHP 中使用 Memcached。
1.3 现状与用途
现状：就是做缓存查询
用途：减少访问压力，作后端的session会话保持。
1.4 基本运行机制
请求=》查看缓存中是否有=》
- 有=》返回该页面给客户端
- 没有=》从数据库获取该页面数据=》返回该页给客户端（同时将该页面放入memcached）
1.5 服务器要求
1.6 支持命令
二、特性
2.1 与关系型数据存取对比
2.2 特点总结
三、详细介绍
3.1 分布式介绍
Memcached 天生不支持分布式集群，只能通过程序支持分布式存储。
Memcached 分布式缓存集群的特点：所有的 Memcached 服务器内存的内存都是不一样的，这些服务器内存加起来接近数据库的容量。
比如2个TB的数据库，一台缓存数据库的内存没有那么大，因此可以分成10台/20台缓存服务器来使用（现在配2T、4T的服务器也行）
3.2 分布式存取算法介绍
普通哈希算法：通过在客户端程序/memcached的负载均衡器上用 hash 算法，让统一内容都分配到一个 memcached 服务器上。但是普通的 Hash 算法对于节点宕机会带来大量的数据流动或者失效，可能会引起雪崩效应。
一致性哈希算法（目前常用）：一致性 Hash 可以让节点宕机对节点的数据流动/失效等影响降到最低。
3.3 存储方式
- Memcached 根据 Slabs 为存储单位
- Memcached 分配单位为 Page，默认是 1M一个
- chunk 为 Slab 中存放数据的单位，一般是 Slab 的最大上线容量。
可以理解成关系型数据库的相关概念：page为区，slabs 为页规范，chunk为实际页可用容量；
mysql每次分配是按区分配的，一个区=16个页，而一个页是16K。
memcached中，这个16K的规范就是我们所说的 slab 规范， chunk为实际页可用容量也就是16K。
Memcached案例：结合下面三个图即可。
每一个slab_class都会有它自己的一个属性，然后每个slab规则 下面对应不同的chunk。chunk之间采用双向链表。
item为实际存储在 chunk中的 数据（相当于mysql中的行数据，当这个数据并没有到chunk最大值时，会有空间浪费。比如chunk为128byte，而item只有100 byte，这样就浪费了28 byte）
Memcache 采用 hash 表索引，每个hash表索引值，对应的是各个页上的 chunk。具体 slab_class 与 页、chunks的关系。
如上图，我们把一共4G内存，按照40个 slab_class方案去分配，最终memcached 会根据 key大小对应存储在不同的 slab_class 对应的 chunk下。每个 slabclass下的分配如下图
总结：
- slab Class ：特定大小的 chunk的组，内存分配区间（48byte~~1MB）
- page：分配给 slab 的内存空间，默认是1MB。分配给 Slab 之后根据 slab的大小切分成 chunk。
- chunk：数据区块，固定大小，用于缓存记录的内存空间。
- item：实际存储在 chunk中的数据项
memcached 根据收到的数据的大小，选择最合适数据大小的 slab。
memcached中保存着 slab 内空间 chunk 的列表，根据该列表选择 chunk，然后将数据缓存于其中。
3.4 内存分配、处理机制
3.5 数据删除与失效机制
Memcached在删除数据时，不回收chunk与 slab，而是链表删除反复利用
数据不会真正从 Memcached中消失，因为 Memcached根据数据的大小选择存储 Slab 中的 chunk块，一旦数据存入，将不再释放已经分配的内存。（可以理解成，只是把它踢出双向链表了而已）
记录超时后，客户端就无法再看见该记录（invisible，透明），其存储空间即可重复使用。
LRU内存分配算法
Memcache 使用的是一种 Lazy Expiration 策略，Memcached会有限使用已超时的记录空间，就算是这样，也有可能出现追加新记录时空间不足的情况，这个时候就得用 Least Recently Used（LRU，删除最近最少使用的记录机制）机制在分配内存。
所以，当 Memcached内存空间不足时，即获取不到新的 slab class 时，就根据LRU的原则去记录中搜索，将最近最少使用的记录内存分配给新记录数据作为存储空间，从缓存的使用角度来看，该模型比较理想，但内存用尽时 memcached会返回错误。
注意，内存过期检测会浪费大量CPU资源
3.6 使用限制
- Memcached 对 key的长度有限制：php和c的最大长度都是250字符内，数据项不能超过1M（这个值由其内存分配机制绝对），因为这是最大的块值。如果对数据超过1M的值进行 set ，则会返回 false
- set (key,value) 的过期时间默认为30天
- Memcached 启动时指定的是数据存储量，没有包括本身占用的内存。以及为了保存数据而设置的管理空间。因此它占用的内存量会多于启动时指定的内存分配量，这点需要注意
- Memcached 本身是为了缓存而设计的，所以没有持久化
- 访问限制，默认最大同时连接数为1024.
3.7 的应用场景
- 解决动态网页，读请求操作的负载
- 解决数据库服务器的CPU使用率高问题，可以缓存好计算结果和渲染后的网页模板
- 可以缓存 session数据、临时数据以减少对他们的数据库写操作
- 缓存一些很小但是被频繁访问的文件。
- Memcached 经常应用于 TB及数据量的缓存
3.8 使用建议
- 在实际业务中，结合使用 Memcached 和文件类型缓存。根据热度把最热的数据放入内存，把一般的数据放入文件缓存。
- 读取数据时：memcached >>> filecache >>> databases，最大程度利用缓存减轻数据库查询压力。
3.9 与 redis 的比较
四、集群架构
因为memcached的服务器并不支持集群，所以有两种方案支持，一种是客户端支持集群，一种是代理端支持集群（性能会有所损耗，大概20%）。推荐使用客户端。
4.1 主从架构
左边：
- 一主一从
- 一个Magent，然后一个主库，一个从库。Magent 负责主从同步与代理关系。
- 外部链接直接链接到 Magent=》 然后 Magent 转发请求到主库
- 如果主库挂掉，Managent 会自动把请求切换到从库。
右边：
- 配置2个 Magent，做 Magent 的高可用，避免单点故障。
- 右边是多个主库分布在不同机器，这样由Magent来记录分发数据到不同主库。
- 从库只弄了2个机器，做复制就好了。
4.2 互备主从
4.3 高可用架构
比如，keepalived+magent，外部访问 vip