memcached CAS協議

什麼是CAS協議

Memcached於1.2.4版本新增CAS(Check and Set)協議類同於Java併發的CAS(Compare and Swap)原子操作，處理同一item被多個線程更改過程的併發問題。

在Memcached中，每個key關聯有一個64-bit長度的long型惟一數值，表示該key對應value的版本號。這個數值由Memcached server產生，從1開始，且同一Memcached server不會重複。在兩種情況下這個版本數值會加1：1、新增一個key-value對；2、對某已有key對應的value值更新成功。刪除item版本值不會減小。

例如

Java代碼  

MemcachedClient client = new MemcachedClient();
   client.set("fKey", "fValue");
  //第一次set, 在Memcached server中會維護fKey對應的value的版本號，假設是548;

   client.set("fKey", "sValue");
  //再次set，則這個fKey對應的value的版本號變爲549;

   CASValue casValue = client.gets("fKey");
  //這樣就可以得到對應key的cas版本號和實際value(各個Memcached client都有類似的對象表示，名字可能不一樣，但效果類同)，如 casValue.getValue = "sValue"，casValue.getCas=549;

CAS協議解決的問題

模擬多個Memcached client併發set同一個key的場景。如clientA想把當前key的value set爲"x"，且操作成功；clientB卻把當前key的value值由"x"覆蓋set爲"y"，這時clientA再根據key去取value時得到"y"而不是期望的"x"，它使用這個值，但不知道這個值已經被其它線程修改過，就可能會出現問題。

CAS協議解決這種併發修改問題。有線程試圖修改當前key-value對的value時，先由gets方法得到item的版本號，操作完成提交數據時，使用cas方法謹慎變更，如果在本地對item操作過程中這個key-value對在Memcached server端被其它線程更改過，就放棄此次修改(樂觀鎖概念)。

CASValue casValue = client.gets(key);
//*****
//本地的各種處理
//*****
CASResponse response = client.cas(key, newValue, casValue);
//在我取數據時item的版本號是casValue.getCas()，所以提交時我期望item的版本號是沒有改變過的。如果被修改過，不是我取數據時的版本號，那麼Memcached server對這次提交什麼也不做，返回true或false由用戶自己來提出解決方案(什麼也不做或是重新獲取版本號，再次重試提交等)

併發環境下的正確性驗證

用多個Memcached client併發更改同一個key值，將value遞增，如果  操作次數-CAS失敗次數 = value增加的值，表示併發環境下CAS處理沒有問題。

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;

import net.spy.memcached.CASResponse;
import net.spy.memcached.CASValue;
import net.spy.memcached.MemcachedClient;


public class CASTest {

    private static MemcachedClient client = null;

    static {
        try {
            client = new MemcachedClient(
                                new InetSocketAddress("localhost", 11211));
        } catch (IOException o) {
            o.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //Firstly, the key should exist.
        //key is "number", value is Integer 1, 7845 is expire time
        client.set("number", 7845, 1);


        CASTest testObj = new CASTest();
        //start the multithread environment
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            testObj.new ThreadTest("Thread-" + (i + 1)).start();
        }
    }

    /**
     * Each thread runs many times
     */
    private class ThreadTest extends Thread {

        private  MemcachedClient client = null;
        ThreadTest(String name) throws IOException {
            super(name);
            client = new MemcachedClient(
                                  new InetSocketAddress("localhost", 11211));
        }

        public void run() {
            int i = 0;
            int success = 0;
            while (i < 10) {
                i++;
                CASValue<Object> uniqueValue =client.gets("number");
                CASResponse response = client.cas("number",
                 uniqueValue.getCas(), (Integer)uniqueValue.getValue() + 1);

                if (response.toString().equals("OK")) {
                    success++;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " +  i
                  + " time " + " update oldValue : " + uniqueValue
                  +  " , result : " + response);
            }

            if (success < 10) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                      + " unsuccessful times : " + (10 - success ));
            }
        }
    }
}

每次執行的結果都會不一樣，如其中某次的執行結果爲: 總共操作100次，衝突47次，且最後value由1漲到53，那麼表示驗證成功。

不足之處，誠請提出！