memcached 、php环境配置和分析

版本：memcached-1.2.1-win32.zip

简介：

一、memcached 简介

在很多场合，我们都会听到 memcached 这个名字，但很多同学只是听过，并没有用过或实际了解过，只知道它是一个很不错的东东。这里简单介绍一下，memcached 是高效、快速的分布式内存对象缓存系统，主要用于加速 WEB 动态应用程序。

 

 

工作原理：

 

memcached 的工作原理

首先 memcached 是以守护程序方式运行于一个或多个服务器中，随时接受客户端的连接操作，客户端可以由各种语言编写，目前已知的客户端 API 包括 Perl/PHP/Python/Ruby/Java/C#/C 等等。PHP 等客户端在与 memcached 服务建立连接之后，接下来的事情就是存取对象了，每个被存取的对象都有一个唯一的标识符 key，存取操作均通过这个 key 进行，保存到 memcached 中的对象实际上是放置内存中的，并不是保存在 cache 文件中的，这也是为什么 memcached 能够如此高效快速的原因。注意，这些对象并不是持久的，服务停止之后，里边的数据就会丢失。

 

 

PHP 如何作为 memcached 客户端
有两种方法可以使 PHP 作为 memcached 客户端，调用 memcached 的服务进行对象存取操作。 第一种，PHP 有一个叫做 memcache 的扩展，Linux 下编译时需要带上 –enable-memcache[=DIR] 选项，Window 下则在 php.ini 中去掉 php_memcache.dll 前边的注释符，使其可用。 除此之外，还有一种方法，可以避开扩展、重新编译所带来的麻烦，那就是直接使用 php-memcached-client。 本文选用第二种方式，虽然效率会比扩展库稍差一些，但问题不大。

 

四、PHP memcached 应用示例
首先 下载 memcached-client.php，在下载了 memcached-client.php 之后，就可以通过这个文件中的类“memcached”对 memcached 服务进行操作了。其实代码调用非常简单，主要会用到的方法有 add()、get()、replace() 和 delete()，
方法说明如下：add ($key, $val, $exp = 0)
往 memcached 中写入对象，$key 是对象的唯一标识符，$val 是写入的对象数据，$exp 为过期时间，单位为秒，默认为不限时间； get ($key)
从 memcached 中获取对象数据，通过对象的唯一标识符 $key 获取； replace ($key, $value, $exp=0)
使用 $value 替换 memcached 中标识符为 $key 的对象内容，参数与 add() 方法一样，只有 $key 对象存在的情况下才会起作用；delete ($key, $time = 0)
删除 memcached 中标识符为 $key 的对象，$time 为可选参数，表示删除之前需要等待多长时间。下面是一段简单的测试代码，代码中对标识符为 'mykey' 的对象数据进行存取操作：

<?php 
//   包含 memcached 类文件 
require_once('memcached-client.php'); 
//   选项设置 
$options = array( 
     'servers' => array('192.168.1.1:11211'), //memcached 服务的地址、端口，可用多个数组元素表示多个 memcached 服务 
     'debug' => true,   //是否打开 debug 
     'compress_threshold' => 10240,   //超过多少字节的数据时进行压缩 
     'persistant' => false   //是否使用持久连接 
     ); 
//   创建 memcached 对象实例 
$mc = new memcached($options); 
//   设置此脚本使用的唯一标识符 
$key = 'mykey'; 
//   往 memcached 中写入对象 
$mc->add($key, 'some random strings'); 
$val = $mc->get($key); 
echo "n".str_pad('$mc->add() ', 60, '_')."n"; 
var_dump($val); 
//   替换已写入的对象数据值 
$mc->replace($key, array('some'=>'haha', 'array'=>'xxx')); 
$val = $mc->get($key); 
echo "n".str_pad('$mc->replace() ', 60, '_')."n"; 
var_dump($val); 
//   删除 memcached 中的对象 
$mc->delete($key); 
$val = $mc->get($key); 
echo "n".str_pad('$mc->delete() ', 60, '_')."n"; 
var_dump($val); 
?>

是不是很简单，在实际应用中，通常会把数据库查询的结果集保存到 memcached 中，下次访问时直接从 memcached 中获取，而不再做数据库查询操作，这样可以在很大程度上减轻数据库的负担。通常会将 SQL 语句 md5() 之后的值作为唯一标识符 key。下边是一个利用 memcached 来缓存数据库查询结果集的示例（此代码片段紧接上边的示例代码）：

<?php 
$sql = 'SELECT * FROM users'; 
$key = md5($sql);   //memcached 对象标识符 
{ 
     //   在 memcached 中未获取到缓存数据，则使用数据库查询获取记录集。 
     echo "n".str_pad('Read datas from MySQL.', 60, '_')."n"; 
     $conn = mysql_connect('localhost', 'test', 'test'); 
     mysql_select_db('test'); 
     $result = mysql_query($sql); 
     while ($row = mysql_fetch_object($result)) 
         $datas[] = $row; 
     //   将数据库中获取到的结果集数据保存到 memcached 中，以供下次访问时使用。 
     $mc->add($key, $datas); 
{ 
     echo "n".str_pad('Read datas from memcached.', 60, '_')."n"; 
} 
var_dump($datas); 
?>

可以看出，使用 memcached 之后，可以减少数据库连接、查询操作，数据库负载下来了，脚本的运行速度也提高了。之前我曾经写过一篇名为《PHP 实现多服务器共享 SESSION 数据》文章，文中的 SESSION 是使用数据库保存的，在并发访问量大的时候，服务器的负载会很大，经常会超出 MySQL 最大连接数，利用 memcached，我们可以很好地解决这个问题，工作原理如下：

• 用户访问网页时，查看 memcached 中是否有当前用户的 SESSION 数据，使用 session_id() 作为唯一标识符；如果数据存在，则直接返回，如果不存在，再进行数据库连接，获取 SESSION 数据，并将此数据保存到 memcached 中，供下次使用；
• 当前的 PHP 运行结束（或使用了 session_write_close()）时，会调用 My_Sess::write() 方法，将数据写入数据库，这样的话，每次仍然会有数据库操作，对于这个方法，也需要进行优化。使用一个全局变量，记录用户进入页面时的 SESSION 数据，然后在 write() 方法内比较此数据与想要写入的 SESSION 数据是否相同，不同才进行数据库连接、写入数据库，同时将 memcached 中对应的对象删除，如果相同的话，则表示 SESSION 数据未改变，那么就可以不做任何操作，直接返回了；
• 那么用户 SESSION 过期时间怎么解决呢？记得 memcached 的 add() 方法有个过期时间参数 $exp 吗？把这个参数值设置成小于 SESSION 最大存活时间即可。另外别忘了给那些一直在线的用户延续 SESSION 时长，这个可以在 write() 方法中解决，通过判断时间，符合条件则更新数据库数据。 

 

memcache安装及测试 on windows
下载memcached for Win32地址：http://jehiah.cz/projects/memcached-win32/
服务器端安装：
    1、解压二进制包到你希望的目录（如：c:memcached）
     2、用Win的CMD安装服务，在命令行下输入 c:/memcached/memcached.exe -d install
     3、命令行下启动memcached 服务 c:/memcached/memcached.exe -d start
     4、使用默认的11211端口监听。
客户端安装：
执行完上述步骤后就该为php加上memcache扩展了。
   1、从pecl-5.2.3-Win32.zip中把php_memcache.dll拷贝到php安装目录的ext目录下。
   2、将在php.ini中加入扩展 extension=php_memcache.dll
   3、重启Apache服务器
   4、测试memcache
在网站目录下建立一个memcache.php，代码如下：
<?php
$memcache = memcache_connect('localhost', 11211);
if ($memcache) {
$memcache->set("str_key", "String to store in memcached");
$memcache->set("num_key", 123);
$object = new StdClass;
$object->attribute = 'test';
$memcache->set("obj_key", $object);
$array = Array('assoc'=>123, 345, 567);
$memcache->set("arr_key", $array);
var_dump($memcache->get('str_key'));
var_dump($memcache->get('num_key'));
var_dump($memcache->get('obj_key'));
}
else {
echo "Connection to memcached failed";
}
?>
如果正常输出以下内容，则安装就成功了
string(28) "String to store in memcached" string(3) "123" object(stdClass)#3 (1) { ["attribute"]=> string(4) "test" }
否则请检查括展是否设置，ext目录下是否有php_memcache.dll，记得一定要重启apache。
执行memcache.exe -h 可查看帮助，其中一些常用命令如下：

 

• 安装: x:/memcached/memcached.exe -d install
• 启动: x:/memcached/memcached.exe -d start
• 停止: x:/memcached/memcached.exe -d stop
• 重启: x:/memcached/memcached.exe -d restart
• 帮助: x:/memcached/memcached.exe -h

memcached的基本设置：
-p 监听的端口
-l 连接的IP地址, 默认是本机
-d start 启动memcached服务
-d restart 重起memcached服务
-d stop|shutdown 关闭正在运行的memcached服务
-d install 安装memcached服务
-d uninstall 卸载memcached服务
-u 以的身份运行 (仅在以root运行的时候有效)
-m 最大内存使用，单位MB。默认64MB
-M 内存耗尽时返回错误，而不是删除项
-c 最大同时连接数，默认是1024
-f 块大小增长因子，默认是1.25
-n 最小分配空间，key+value+flags默认是48
-h 显示帮助

Memcache 方法列表:

• Memcache::add — Add an item to the server
• Memcache::addServer — Add a memcached server to connection pool
• Memcache::close — Close memcached server connection
• Memcache::connect — Open memcached server connection
• memcache_debug — Turn debug output on/off
• Memcache::decrement — Decrement item’s value
• Memcache::delete — Delete item from the server
• Memcache::flush — Flush all existing items at the server
• Memcache::get — Retrieve item from the server
• Memcache::getExtendedStats — Get statistics from all servers in pool
• Memcache::getServerStatus — Returns server status
• Memcache::getStats — Get statistics of the server
• Memcache::getVersion — Return version of the server
• Memcache::increment — Increment item’s value
• Memcache::pconnect — Open memcached server persistent connection
• Memcache::replace — Replace value of the existing item
• Memcache::set — Store data at the server
• Memcache::setCompressThreshold — Enable automatic compression of large values
• Memcache::setServerParams — Changes server parameters and status at runtime

客户端在与 memcached 服务建立连接之后，进行存取对象的操作,每个被存取的对象都有一个唯一的标识符 key，存取操作均通过这个 key 进行，保存到 memcached 中的对象实际上是放置内存中的，并不是保存在 cache 文件中的，这也是为什么 memcached 能够如此高效快速的原因。注意，这些对象并不是持久的，服务停止之后，里边的数据就会丢失 
使用篇
   情况1：
   用add方法捕获从数据库中返回的一千行记录失败。当limit 限制从数据库中返回的数量时又能成果功。
   查看Memchache的文档后发现memcache对key和value的大小都有限制。
   key ：250个字符以内。   value：大小在1M以内。

例子：

< ?php
//连接
$mem = new Memcache;
$mem->connect("192.168.0.200", 12000);
//保存数据
$mem->set('key1', 'This is first value', 0, 60);
$val = $mem->get('key1');
echo "Get key1 value: " . $val ."<br />";
//替换数据
$mem->replace('key1', 'This is replace value', 0, 60);
$val = $mem->get('key1');
echo "Get key1 value: " . $val . "<br />";
//保存数组
$arr = array('aaa', 'bbb', 'ccc', 'ddd');
$mem->set('key2', $arr, 0, 60);
$val2 = $mem->get('key2');
echo "Get key2 value: ";
print_r($val2);
echo "<br />";
//删除数据
$mem->delete('key1');
$val = $mem->get('key1');
echo "Get key1 value: " . $val . "<br />";
//清除所有数据
$mem->flush();
$val2 = $mem->get('key2');
echo "Get key2 value: ";
print_r($val2);
echo "<br />";
//关闭连接
$mem->close();
?>

如果正常的话，浏览器将输出：
Get key1 value: This is first value
Get key1 value: This is replace value
Get key2 value: Array ( [0] => aaa [1] => bbb [2] => ccc [3] => ddd )
Get key1 value:
Get key2 value: 

Memcache的使用
使用Memcache的网站一般流量都是比较大的，为了缓解数据库的压力，让Memcache作为一个缓存区域，把部分信息保存在内存中，在前端能够迅速的进行存取。那么一般的焦点就是集中在如何分担数据库压力和进行分布式，毕竟单台Memcache的内存容量的有限的。我这里简单提出我的个人看法，未经实践，权当参考。

分布式应用
Memcache本来支持分布式，我们客户端稍加改造，更好的支持。我们的key可以适当进行有规律的封装，比如以user为主的网站来说，每个用户都有User ID，那么可以按照固定的ID来进行提取和存取，比如1开头的用户保存在第一台Memcache服务器上，以2开头的用户的数据保存在第二胎Mecache服务器上，存取数据都先按照User ID来进行相应的转换和存取。

但是这个有缺点，就是需要对User ID进行判断，如果业务不一致，或者其他类型的应用，可能不是那么合适，那么可以根据自己的实际业务来进行考虑，或者去想更合适的方法。

减少数据库压力
这个算是比较重要的，所有的数据基本上都是保存在数据库当中的，每次频繁的存取数据库，导致数据库性能极具下降，无法同时服务更多的用户，比如MySQL，特别频繁的锁表，那么让Memcache来分担数据库的压力吧。我们需要一种改动比较小，并且能够不会大规模改变前端的方式来进行改变目前的架构。

我考虑的一种简单方法：
后端的数据库操作模块，把所有的Select操作提取出来（update/delete/insert不管），然后把对应的SQL进行相应的hash算法计算得出一个hash数据key（比如MD5或者SHA），然后把这个key去Memcache中查找数据，如果这个数据不存在，说明还没写入到缓存中，那么从数据库把数据提取出来，一个是数组类格式，然后把数据在set到Memcache中，key就是这个SQL的hash值，然后相应的设置一个失效时间，比如一个小时，那么一个小时中的数据都是从缓存中提取的，有效减少数据库的压力。缺点是数据不实时，当数据做了修改以后，无法实时到前端显示，并且还有可能对内存占用比较大，毕竟每次select出来的数据数量可能比较巨大，这个是需要考虑的因素。

Memcache的安全
我们上面的Memcache服务器端都是直接通过客户端连接后直接操作，没有任何的验证过程，这样如果服务器是直接暴露在互联网上的话是比较危险，轻则数据泄露被其他无关人员查看，重则服务器被入侵，因为Mecache是以root权限运行的，况且里面可能存在一些我们未知的bug或者是缓冲区溢出的情况，这些都是我们未知的，所以危险性是可以预见的。为了安全起见，我做两点建议，能够稍微的防止黑客的入侵或者数据的泄露。

内网访问
最好把两台服务器之间的访问是内网形态的，一般是Web服务器跟Memcache服务器之间。普遍的服务器都是有两块网卡，一块指向互联网，一块指向内网，那么就让Web服务器通过内网的网卡来访问Memcache服务器，我们Memcache的服务器上启动的时候就监听内网的IP地址和端口，内网间的访问能够有效阻止其他非法的访问。
# memcached -d -m 1024 -u root -l 192.168.0.200 -p 11211 -c 1024 -P /tmp/memcached.pid
Memcache服务器端设置监听通过内网的192.168.0.200的ip的11211端口，占用1024MB内存，并且允许最大1024个并发连接

设置防火墙
防火墙是简单有效的方式，如果却是两台服务器都是挂在网的，并且需要通过外网IP来访问Memcache的话，那么可以考虑使用防火墙或者代理程序来过滤非法访问。
一般我们在Linux下可以使用iptables或者FreeBSD下的ipfw来指定一些规则防止一些非法的访问，比如我们可以设置只允许我们的Web服务器来访问我们Memcache服务器，同时阻止其他的访问。
# iptables -F
# iptables -P INPUT DROP
# iptables -A INPUT -p tcp -s 192.168.0.2 –dport 11211 -j ACCEPT
# iptables -A INPUT -p udp -s 192.168.0.2 –dport 11211 -j ACCEPT
上面的iptables规则就是只允许192.168.0.2这台Web服务器对Memcache服务器的访问，能够有效的阻止一些非法访问，相应的也可以增加一些其他的规则来加强安全性，这个可以根据自己的需要来做。

 

命令行查看Memcached运行状态

首先登录到服务器，然后在cmd命令行中键入： telnet 127.0.0.1 11211
其中127.0.0.1是服务器的地址（这里是本机） ，11211是memcached绑定的端口号。
之后命令行窗口全黑只有光标提示，摸黑输入stats，即可得到描述Memcached服务器运行情况的参数。如下图：

 

其中，uptime 是memcached运行的秒数，cmd_get是查询缓存的次数。这两个数据相除一下就能得到平均每秒请求缓存的次数——最近niupu的流量很低，所以平均也就一秒请求一次多，这么点大的压力，用文件系统缓存一样没问题，根本不会体现出使用memcached的优越。

下面的cmd_set 就是设置key=>value的次数。整个memcached是个大hash，用cmd_get没有找到的内容，就会调用一下cmd_set写进缓存里。紧跟着是get_hits，就是缓存命中的次数。缓存命中率 = get_hits/cmd_get * 100%。
下面的get_misses的数字加上get_hits应该等于cmd_get。而curr_items表示现在在缓存中的键值对个数，在图上total_items == cmd_set == get_misses。