memcached 在大負載高併發網站的應用（一）：核心原理與架構詳解

系列導讀

本文旨在從多角度綜合介紹 memcached，內容涵蓋：簡介、應用場景、安裝、使用、部署架構、局限性、改進方向。無論您是否聽聞或使用過 memcached，期望本文能對您的工作有所啟發。

一、簡介

1.1 背景

memcached 是一個高性能、分布式的記憶體對象緩存系統，廣泛應用於大負載高併發網站，是極為成熟的產品/技術。Facebook、YouTube、Yahoo、新浪、搜狐、網易、豆瓣等均在使用。它在以用戶為中心的網站（SNS、Blog 等 Web 2.0 應用）表現尤為突出，這類站點極度重視用戶體驗，要求極高響應速度，用戶數據關聯複雜，頻繁更新檢索資料庫。

memcache 最初由 danga.com 為 livejournal.com 開發（日 PV 達千萬級），旨在解決負載與響應速度難題。它能應對任意連接數，採用非阻塞網絡 IO，使用極簡單，核心功能不超過 5 個方法。官網：https://www.danga.com/memcached。

1.2 核心特點

1. 高性能

任何 DBMS（MySQL、Oracle、MSSQL、DB2、Postgres 等）再怎麼優化，終究繞不開與慢速存儲介質（硬盤、磁帶）的 IO 交換，一旦涉及 IO 性能急劇下降。memcached 全程在記憶體操作，存取效率極高。大型網站常用讀寫分離（主從庫）、橫向/縱向分庫分表優化資料庫，但單表超 2000 萬記錄性能仍會崩潰。資料庫在事務操作（加鎖）、數據更新（加鎖）時出現訪問瓶頸，而 memcached 基本無此類情況，官方評價 "very fast"，實驗室測試對比結果網上比比皆是。

2. 分布式

分布式系統專業定義：多處理器經互連網絡構成統一系統，分散任務協調共享資源。memcache 分布式特性體現兩方面：

• 客戶端與服務端可獨立安裝於任意伺服器，甚至單機部署多個實例。
• 服務端可任意數量伺服器組成集群，提供並行存儲與計算能力，這是分布式本質體現。

1.3 用途

1. 提高系統併發能力：高性能支撐更多連接。
2. 減輕資料庫負擔：部署於業務邏輯層與存儲層間，作為數據緩衝，快速響應前端請求，減少資料庫訪問。

部署邏輯示意圖：

1.4 工作機制

Memcached 以守護進程運行於一或多台伺服器，接受客戶端連接操作，客戶端語言涵蓋 Perl/PHP/Python/Ruby/Java/C#/C 等。對象以唯一 key 存取，可設有效期。進程啟動預申請大塊記憶體自行管理，而非每次向 OS 申請。對象存放於巨大 Hash 表，採用 NewHash 算法管理，記憶體足夠時耗時僅為網絡 Socket 連接。調度採 LRU（Least Recently Used）算法，32 位系統尋址上限 4G，64 位系統大幅擴展尋址能力，現多運行於 64 位系統。

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