1.Memcached的介紹
Memcached是一套開源、分佈式、高性能的內存對象緩存系統，通常用於在減少web應用對數據庫的訪問而提升整體性能。Memcached是基於內存的"key-value（鍵值)"的緩存服務器，並且key是經過HASH編碼的，使得其查找速度非常迅速，不會因爲數據過多而出現查詢過慢的問題。
Memcached在多數場景下作爲數據庫前端的公共cache使用，因爲它比數據庫少了很多SQL的解析、磁盤操作等開銷，而且使用內存來管理數據，可以提供比數據庫更好的性能。除此之外，Memcached也可以作爲服務器之間數據共享的存儲媒介。
Memcached不支持數據的持久化，也就是當系統宕機，數據全部丟失。而且，Memcached本身是一個客戶端分佈式緩存方案，它的"分佈式"功能依賴於客戶端的算法。
注：key-value指得是，一個是關鍵字(查找的依據)，一個是value(所要的值)，每個key對應一個value。
注：只要是可序列化的數據，Memcached就可以緩存。
2.Memcached的設計思想
Memcached僅僅是一個緩存服務器，爲程序員提供緩存功能，其設計哲學思想主要反映在如下：
(1) 簡單key/value緩存：服務器不關心數據本身的意義及結構，只要是可序列化數據即可緩存。存儲項由"鍵、過期時間、可選的標識及數據"四個部分組成；
(2) 功能的實現一半依賴於客戶端，一辦依賴於服務器端：
客戶端負責發送存儲項至服務器端、從服務端獲取數據、以及當無法連接至服務器時採取相應的動作；
服務器端負責接收來自客戶端的數據並將其緩存到內存中，而且需要保證數據的有效性(管理過期超時項)。
(3) 服務器的分佈式特徵：各個Memcached服務器之間互相不通信，都是獨立的，不共享數據；
(4) O(1)的執行效率：由於其的key基於HASH編碼，並且數據存放於內存中，所以其速度是O(1)級的(在5條數據中查找1條數據的速度和在100條數據中查找1條的速度是一樣的)；
(5) 懶惰模式清理過期的數據：默認情況下，Memcached是一個LRU緩存，同時，它按事先規定的時長清理過期的數據；但事實上，Memcached不會刪除任何已緩存數據，只不過在數據過期時不在對客戶端所見；而且，Memcached也不會真正的按期限去清理緩存，只有當get命令命中目標時才檢查該數據是否過期。
3.Memcached的C/S交互
Memcached提供了爲數不多的幾個命令來實現客戶端/服務器端的交互，C/S基於memcached的協議通信：
(1) 存儲類命令：set(設置)，add(新增)，replace(替換)，append(緩存內容後追加)，prepend(緩存內容前追加)
(2) 獲取數據類命令：get(獲取)，delete(刪除)，incr/decr(數字+1，例如微博轉發數)
(3) 統計類命令：stats(整體狀態信息)，stats itmes(itmes信息)，stats slabs(slbas信息)，stats sizes(slbas大小信息)
(4) 清理命令：flush_all
注：Memached協議具有兩種通信模式：文本格式(默認)和二進制格式。
4.Memcached的內存分配
Linux是基於malloc()申請內存，free()釋放內存，由於memcached基於內存進行數據進行管理，通常其緩存數據的頻率比較大，所以會導致memcached會頻繁向Linux(Kernel)發起申請、釋放的請求，而Linux的malloc()和free()的性能是低效的，爲了解決這個問題，memached基於slab allocator機制對數據進行申請、釋放。
在slab allocator的機制上，memcached啓動後申請一段內存頁面（Page，內存空間;一個頁面默認爲1MB），並使用slab allocator對內存頁面進行"格式化"，將其格式化成爲特定大小的N個chunk(區塊，緩存數據的空間；例如格式化10個1k的區塊，5個2k的區塊；同類的區塊稱作slab class)。從而避免內存的頻繁釋放、回收，但是由於一個數據只能存放於一個chunk中，此機制可能會浪費內存空間(當你有1k、2k、4k三種chunk時，需要存儲一個3k的數據，此時只能存儲在4k的chunk中，也就浪費了1k的空間)。
slab allocator的chunk分配上，需要指定增長因子，例如從1k開始，增長因子如果2，則每次遞歸2k。增長因子不能過大，否則會出現嚴重的空間浪費。
5.Memcached的分佈式：
Memcached的分佈式是由客戶端實現的，也就是當應用到Memcached的分佈式緩存(多臺memcached服務器)時，爲了保證緩存的命中率，我們需要讓客戶端進行計算，使其可以將請求分配到已經緩存了該資源的Memcached上(存儲也是同樣的過程)。一般常用的有兩種算法，一種是根據餘數來計算分佈，另一種是根據一致性HASH算法來計算分佈。餘數算法先求得鍵的整數散列值，再除以服務器臺數，根據餘數來選擇服務器。一致性HASH先算出Memcached服務器節點的散列值，並將其分散到0到2^32次方的圓上，然後用同樣的方法算出鍵的值並映射到圓上，最後從數據映射到的位置開始順時針查找，以找到的第一臺服務器爲準。
6.Memcached的併發模型：
Memcached會涉及到併發請求，所以其依賴於libevent庫。libevent庫就包含了常用的IO模型，epoll，poll，select。新版本一般爲單進程響應多請求。
7.Memcached的客戶端(擴展庫)：
程序員在開發時，調用memcached的API，memcached的功能才能生效。介於調用API的複雜性，大多數的程序開發語言都提供了已經打包好的擴展庫，使得程序員在使用時只需要調用庫功能即可：
(1) memcached：php連接memcached服務器可以使用的擴展庫；
(2) memcache：php連接memcached服務器可以使用的另一個擴展庫，少用；
(3) libmemcached：C連接memcached的擴展庫
8.Memcached的安裝及配置：
8.1 memcached的安裝：
[root@localhost ~]# yum install -y memcached
8.2 memcached的常用組件：
[root@localhost ~]# rpm -ql memcached /etc/rc.d/init.d/memcached #memcached啓動腳本 /etc/sysconfig/memcached #memcached啓動腳本配置文件 /usr/bin/memcached #memcahed二進制程序，服務器端軟件 /usr/bin/memcached-tool #memcached工具 .....
8.3 memcached二進制程序的常用選項及參數：
-l <ip_addr> #監聽的IP地址 -d #以獨立守護進程模式運行，默認運行在前臺；Linux有三種進程：超級守護進程(負責多個進程的管理，xinetd)、獨立守護進程(自身管理的進程)、瞬時守護進程(超級守護進程管理的進程) -u <username> #指定程序運行者的身份 -m <num> #定義memcached可以使用的內存空間，默認是64MB -c <num> #最大併發連接 -p <num> #監聽的TCP端口，默認爲11211 -U <num> #監聽的UDP端口，默認爲11211 -M #指定當內存耗盡時，memcached不清空緩存，而返回錯誤信息 -n <size> #指定最小的chunk大小 -f <factor> #指定chunk的增長因子 -t <threads> #指定memcached的工作線程數，默認爲4 -B <proto> #指定memcached協議類型，默認爲文本模式；
8.4 啓動Memcached程序：
[root@localhost ~]# memcached -u memcached -d [root@localhost ~]# ss -tunl|grep "11211" udp UNCONN 0 0 *:11211 *:* udp UNCONN 0 0 :::11211 :::* tcp LISTEN 0 128 :::11211 :::* tcp LISTEN 0 128 *:11211 *:*
8.5 測試連接到Memcached服務器並寫入一條數據：
[root@localhost ~]# telnet localhost 11211 Trying ::1... Connected to localhost. Escape character is '^]'. add testkey 0 60 5 #add的格式爲 "add key(鍵) flag(標識) timeout(超時時間) length(長度)" 12345 #value(key的值) STORED #已經存儲的提示 get testkey #獲取testkey這個鍵的信息及值 VALUE testkey 0 5 #鍵的信息 12345 #鍵的值 END #結束符
8.6 PHP安裝memcached擴展：
前面說過，要想使用Memcached的功能，就需要開發人員在編寫程序的時候調用memcached的API，不過，大多數的程序都已經提供了Memcached的擴展庫，這樣只需要調用該庫的功能即可。同樣的，PHP也爲Memcached提供了擴展庫，這裏以memcached這個擴展庫(注意：memcached的m是小寫的，這個庫的名字就叫做memcached)爲例：