memcache redundancy 机制分析及思考

设计和开发可以掌控客户端的分布式服务端程序是件幸事，可以把很多事情交给客户端来做，而且可以做的很优雅。角色决定命运，在互联网架构中，web server必须冲锋在前，注定要在多浏览器版本以及协议兼容性方面呕心沥血。但要是做了web server的backend，就会好很多，可以让服务端程序独善其身，分布式的功能特性都由客户端来支持和实现。memcache就是这样的设计模式。memcache是后台架构必备的利器，关于其原理及源码分析可以直接google之，在此不再多说。最近项目中要考虑冗余和容错的问题，就把memcache redundancy机制分析了一下，仅供大家参考。

why

consistent hash能保证在向现有机器组里加入或移除一台机器时，不会造成hash映射关系大范围的改变。但一台cache机器down了，内容就没有了，缓存需要重建，数据库的压力就会上升，要是cache机器down的太多，就会有cache雪崩，故障在所难免。要是一个key=value可以存储在多台机器上，一台down了还有其它的顶着，岂不甚好，这就是redundancy机制。可惜，memcached不支持这个特性。
It's not! Surprise! Memcached is a caching layer for your application. It is not designed to have any data redundancy.
显然memcached自身不想做这个特性，又一次把任务抛给了客户端。有需求就有实现，pecl/memcache在3.0之后已经开始支持这种机制。
If data integrity is of greater importance a real replicating memcached backend such as "repcached" is recommended.
可以通过配置memcache来开启这个特性：
memcache.redundancy = # default 1

how

下面就以pecl/memcache 3.0.6的代码分析一下redundancy具体的实现。

• set

先来看一下set操作的相关代码：
/* schedule the first request */
mmc = mmc_pool_find(pool, key, key_len TSRMLS_CC);
result = mmc_pool_schedule(pool, mmc, request TSRMLS_CC);
/* clone and schedule redundancy-1 additional requests */
for (i=0; i < redundancy-1 && i < pool->num_servers-1; i++) {
mmc_queue_push(&skip_servers, mmc);
mmc = mmc_pool_find_next(pool, key, key_len, &skip_servers, &last_index TSRMLS_CC);
if (mmc_server_valid(mmc TSRMLS_CC)) {
mmc_pool_schedule(pool, mmc, mmc_pool_clone_request(pool, request TSRMLS_CC) TSRMLS_CC);
}
}

可以看出在set了一个key=value之后，还会set redundancy-1个clone。具体key的变换在mmc_pool_find_next函数：
/* find the next server not present in the skip-list */
do {
keytmp_len = sprintf(keytmp, "%s-%d", key, (*last_index)++);
mmc = pool->hash->find_server(pool->hash_state, keytmp, keytmp_len TSRMLS_CC);
} while (mmc_queue_contains(skip_servers, mmc) && *last_index < MEMCACHE_G(max_failover_attempts));
key变换的规则很简单，1变N(key-i) ，进行N次set。

• get

get的时候当然是要以相同的方式来查找。但只要找到一个valid server就停止查找并返回。
mmc_t *mmc = pool->hash->find_server(pool->hash_state, key, key_len TSRMLS_CC);
/* check validity and try to failover otherwise */
if (!mmc_server_valid(mmc TSRMLS_CC) && MEMCACHE_G(allow_failover)) {
unsigned int last_index = 0;
do {
mmc = mmc_pool_find_next(pool, key, key_len, NULL, &last_index TSRMLS_CC);
} while (!mmc_server_valid(mmc TSRMLS_CC) && last_index < MEMCACHE_G(max_failover_attempts));
}

think
memcache是通过将一个key=value变换成N个key=value来实现redundancy，这样可以和3.0.0之前的接口很好的兼容，但redundancy的key需要变换并随机分散在机器上，每次都要hash查找，也很不好管理。自己想了一种redundancy的设计，就是引入group的概念，在加入机器的时候，配置所属的group id，一个key只hash到一个group id，所有的请求都发到group，group里面的每台机器存储hash(key)到该group的全部内容。这样set/get只需要一次hash操作，同时也可以在group内设计更灵活的实现方式。

这只是个人的一点儿想法，欢迎大家拍砖指正。