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PHP Memcached 記憶體快取入門筆記與實戰部署

編輯：PHP 相關知識

什麼是 Memcached？

Memcached 是一套高效能、分散式的記憶體物件快取系統。它在記憶體中維護一個巨大的 Hash Table，由 memcached 守護程式管理，讓應用程式能以極低延遲存取鍵值資料，大幅減輕資料庫負載。

名稱辨析

Memcache：專案/軟體名稱，也指 PHP 擴展 memcache（較舊、功能較少）。
Memcached：服務端守護程式程序名稱，也指 PHP 擴展 memcached（較新、支援完整協定、二進制協定、SASL 認證等）。建議新專案使用 memcached 擴展。

運作原理

應用程式收到請求，先查詢 Memcached 是否有快取資料（get）。
命中（Hit）：直接回傳資料，不查資料庫。
未命中（Miss）：查詢資料庫，取得結果後寫入 Memcached（set），再回傳給應用程式。
後續相同請求直接命中快取，大幅降低資料庫 QPS 與延遲。

Linux 環境安裝 Memcached 服務端

# 1. 安裝相依套件
sudo yum install -y libevent-devel gcc make   # CentOS/RHEL
# sudo apt-get install -y libevent-dev build-essential  # Debian/Ubuntu

# 2. 下載原始碼並編譯（以 1.6.21 為例）
wget https://memcached.org/files/memcached-1.6.21.tar.gz
tar -zxvf memcached-1.6.21.tar.gz
cd memcached-1.6.21
./configure --prefix=/usr/local/memcached
make && sudo make install

# 3. 建立系統服務（systemd）
sudo tee /etc/systemd/system/memcached.service <<'EOF'
[Unit]
Description=Memcached
After=network.target

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/memcached/bin/memcached -u memcached -m 256 -p 11211 -l 127.0.0.1 -c 1024
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

# 4. 建立執行用戶並啟動
sudo useradd -r -s /sbin/nologin memcached
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now memcached
systemctl status memcached

常用啟動參數說明

參數	說明	預設值
`-p`	TCP 監聽埠	11211
`-l`	綁定 IP 位址	127.0.0.1
`-d`	以 daemon 模式背景執行	-
`-u`	執行身分（需 root 啟動時指定）	-
`-m`	最大記憶體用量（MB）	64
`-M`	記憶體耗盡時回傳錯誤而非淘汰舊資料	關閉
`-c`	最大同時連線數	1024
`-f`	記憶體區塊增長因子	1.25
`-n`	最小配置空間（bytes，含 key+value+flags）	48
`-t`	工作執行緒數	4
`-v`/`-vv`/`-vvv`	詳細輸出等級	-

PHP 安裝 memcached 擴展

# 安裝 libmemcached 函式庫
sudo yum install -y libmemcached-devel  # CentOS
# sudo apt-get install -y libmemcached-dev  # Ubuntu

# 安裝 PHP 擴展 (假設 PHP 8.2)
pecl install memcached
# 編譯過程中會詢問是否支援 json, igbinary, msgpack 等序列化，建議全選 y

# 在 php.ini 加入
extension=memcached.so

# 重啟 php-fpm
sudo systemctl restart php-fpm

PHP 基本操作範例

<?php
$mc = new Memcached();
$mc->addServer('127.0.0.1', 11211);

// 設定序列化器（建議 igbinary 效能較好）
$mc->setOption(Memcached::OPT_SERIALIZER, Memcached::SERIALIZER_IGBINARY);

// 連線逾時與重試
$mc->setOption(Memcached::OPT_CONNECT_TIMEOUT, 1000);      // 1 秒
$mc->setOption(Memcached::OPT_RETRY_TIMEOUT, 1);           // 1 秒後重試
$mc->setOption(Memcached::OPT_DISTRIBUTION, Memcached::DISTRIBUTION_CONSISTENT); // 一致性雜湊
$mc->setOption(Memcached::OPT_LIBKETAMA_COMPATIBLE, true); // 相容 ketama 演算法

// 寫入快取（過期時間 300 秒）
$key = 'user:profile:1001';
$data = ['id' => 1001, 'name' => 'Alice', 'email' => 'alice@example.com'];
$mc->set($key, $data, 300);

// 讀取快取
$cached = $mc->get($key);
if ($cached !== false) {
    echo "快取命中: ";
    print_r($cached);
} else {
    echo "快取未命中，查詢資料庫...";
    // $data = $db->query(...);
    // $mc->set($key, $data, 300);
}

// 刪除快取
$mc->delete($key);

// 批次操作
$mc->setMulti(['key1' => 'val1', 'key2' => 'val2'], 60);
$vals = $mc->getMulti(['key1', 'key2', 'key3']);
print_r($vals);

// 原子遞增/遞減（計數器）
$mc->set('counter:pageview', 0);
$mc->increment('counter:pageview');
$mc->decrement('counter:pageview');

進階主題與最佳實踐

1. 快取擊穿、穿透、雪崩防禦

擊穿：熱門 key 過期瞬間大量請求直擊 DB。解法：互斥鎖（add 成功者重建快取，其等待）或邏輯過期（資料內含過期時間，背景非同步更新）。
穿透：查詢不存在的 key。解法：快取空值（短 TTL）、布隆過濾器攔截、參數驗證。
雪崩：大量 key 同時間過期。解法：TTL 加入隨機抖動（expire + rand(0, 300)）、多級快取（本機記憶體 + Memcached）。

2. 資料一致性策略

Cache-Aside（旁路快取）：應用程式負責讀寫快取與 DB，最常用但可能產生短暫不一致。
Write-Through：寫入時同步更新快取與 DB，強一致但寫入延遲較高。
Write-Behind：寫入快取後非同步批次寫入 DB，高效能但需容忍資料遺失風險。

3. 監控與調優

# 即時統計
memcached-tool 127.0.0.1:11211 stats
# 關鍵指標：get_hits, get_misses, evictions, bytes, curr_connections, limit_maxbytes

# 命中率 = get_hits / (get_hits + get_misses) * 100%
# 建議維持 90% 以上；evictions > 0 表示記憶體不足需擴容或優化 key 大小