Memcached介绍与使用

引言

本文是笔者对Memcached这个高性能分布式缓存组件的实践案例，Memcached是一种高性能的分布式内存对象缓存系统，用于减轻数据库负载，加速动态Web应用，提高网站访问速度。它通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数，从而提高应用程序的性能。

本文涉及到的源码gitee地址：源码地址

一、Memcached介绍

主要特点：

  • 键值存储：Memcached 使用键值对存储模型，其中键是一个字符串，值可以是任何数据，通常用于存储数据库查询结果、网页或对象的序列化形式。

  • 内存存储：数据存储在内存中，这比从硬盘读取数据要快得多。但是，这也意味着数据是非持久化的，如果 Memcached 或操作系统重启，数据会丢失。

  • LRU 缓存替换策略：当内存不足时，Memcached 使用最近最少使用（Least Recently Used，LRU）算法来自动删除不常用的缓存项，以便为新数据腾出空间。

  • 简单协议：Memcached 使用一个简单的文本行协议，这使得它易于实现和集成。

  • 跨平台：Memcached 可以在多种操作系统上运行，包括 Linux 和 BSD 等。

  • 高可用性和可扩展性：Memcached 支持分布式部署，可以在多个服务器上运行，以增加容量和冗余。

  • 轻量级和快速：由于其简单的架构和内存存储特性，Memcached 能够提供非常低的延迟和高吞吐量。

适用场景：

  • 缓存数据库查询结果。

  • 存储用户会话信息。

  • 缓存计算结果或频繁访问的内容。

  • 存储用户个性化数据。

不适用场景：

  • 缓存的数据需要持久化

  • key 的长度大于 250 字符

  • 变化频繁且需要存入数据库

  • 过大的数据不适宜放在 Memcached 中

与 Redis 比较相同点：

  1. 都是基于内存的数据库系统，最大存储量是根据机器内存大小而定

  2. 都有不同的过期策略，分布式数据的备份可以设置一主多从，也可以一主一从（Master-Slave）

  3. 都支持 key-value 数据缓存

与 Redis 比较不同点：

  1. 数据持久化支持：Redis 虽然是基于内存的存储系统，但是它本身是支持内存数据的持久化的，而且提供两种主要的持久化策略：RDB 快照和 AOF 日志。而 Memcached 是不支持数据持久化操作的。

  2. 灾难恢复：Memcached 挂掉后，数据不可恢复。 Redis 数据丢失后可以通过 AOF 恢复

  3. IO 方面：Redis 使用的单线程 IO 复用网络模型， 而 Memcached 多线程非阻塞 IO 复用模型

  4. 数据支持类型：Redis 支持 key-value 数据类型，还有 list、set、zset、hash 等数据结构，而 Memcached 只支持 key-value 数据

  5. Value 值大小不同：Redis 最大可以达到 512mb；Memcached 只有 1mb。

  6. 数据一致性：Memcached 提供了 CAS 命令，可以保证多个并发访问操作同一份数据的一致性问题。Redis 没有提供 CAS 命令，并不能保证这点，不过 Redis 提供了事务的功能，可以保证一串命令的原子性，中间不会被任何操作打断。

二、java客户端介绍

主要有三种不同的 Java 客户端来支持 Memcached， 分别为 Memcached-java-client、Spymemcached 和 XMemcached。

Memcached-java-client 客户端

  • Memcached-java-client 客户端推出较早，应用最广泛，阻塞式 IO，稳定性高，高并发下性能低。较早推出的 Memcached JAVA 客户端 API，应用广泛，运行比较稳定，使用阻塞 IO，不支持 CAS 操作，已停止更新。

Spymemcached 客户端

  • Spymemcached 客户端时基于 JDK 的 Concurrent 和 NIO，存取速度高，并发性能高，支持 CAS 操作，已停止更新。

XMemcached 客户端

  • XMemcached 客户端同样基于 NIO 实现，减少了线程创建和切换的开销，这一点在高并发下特别明显，一直更新。推荐使用。

三、下载安装Memcached

地址：memcached下载

在这里插入图片描述
把这个链接复制到新的标签页打开自动下载。下载后的压缩包解压如下

在这里插入图片描述

使用管理员权限打开cmd，进入此路径

笔者下载的是1.4.4版本

memcached <1.4.5 版本安装

  1. 解压下载的安装包到指定目录。

  2. 在 1.4.5 版本以前 memcached 可以作为一个服务安装，使用管理员权限运行以下命令：

c:\memcached\memcached.exe -d install
注意：你需要使用真实的路径替代 c:\memcached\memcached.exe。

3、然后我们可以使用以下命令来启动和关闭 memcached 服务：

c:\memcached\memcached.exe -d start
c:\memcached\memcached.exe -d stop

在这里插入图片描述
然后使用sc query memcached查看命令是否成功：

在这里插入图片描述
打开 服务列表发现memcached服务已安装，并且是开机自启动，后续无需手动再执行
memcached.exe -d start命令了
在这里插入图片描述

四、各种类型客户端实践

先创建一个Memcached-Project的springboot应用，创建好后去resources下把application.properties改为application.yml

为了方便，三种java客户端，我都使用这个项目来展示。

4.1 Memcached-java-client

首先在pom引入如下依赖：

 <!--Memcached-java-client--><dependency><groupId>commons-pool</groupId><artifactId>commons-pool</artifactId></dependency><dependency><groupId>com.whalin</groupId><artifactId>Memcached-Java-Client</artifactId><version>3.0.2</version></dependency>

MemcachedConfig配置类：

package com.hulei.memcached.memcachedjavaclient;import com.whalin.MemCached.MemCachedClient;
import com.whalin.MemCached.SockIOPool;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnBean;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;/*** @author hulei* Memcached-java-client的配置*/
@Configuration
public class MemcachedConfig {@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.servers}")private String[] servers;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.failover}")private boolean failover;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.initConn}")private int initConn;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.minConn}")private int minConn;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.maxConn}")private int maxConn;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.maintSleep}")private int maintSleep;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.nagel}")private boolean nagel;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.socketTO}")private int socketTO;@Value("${MemcachedJavaClient.memcached.aliveCheck}")private boolean aliveCheck;@Beanpublic SockIOPool sockIOPool () {SockIOPool pool = SockIOPool.getInstance();pool.setServers(servers);pool.setFailover(failover);pool.setInitConn(initConn);pool.setMinConn(minConn);pool.setMaxConn(maxConn);pool.setMaintSleep(maintSleep);pool.setNagle(nagel);pool.setSocketTO(socketTO);pool.setAliveCheck(aliveCheck);pool.initialize();return pool;}@Bean@ConditionalOnBean(SockIOPool.class)public MemCachedClient memCachedClient(){return new MemCachedClient();}}

yml配置：
在这里插入图片描述

MemcachedController测试类：

package com.hulei.memcached.memcachedjavaclient;import com.whalin.MemCached.MemCachedClient;
import jakarta.annotation.Resource;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;import java.util.Date;@RestController
public class MemcachedController {@Resourceprivate MemCachedClient memCachedClient;@RequestMapping("/memcachedIndex")public String memcachedIndex() throws InterruptedException {// 放入缓存boolean flag = memCachedClient.set("a", 1);System.out.println(flag);// 取出缓存Object a = memCachedClient.get("a");System.out.println(a);// 3s后过期memCachedClient.set("b", "2", new Date(3000));Object b = memCachedClient.get("b");System.out.println(b);Thread.sleep(3000);b = memCachedClient.get("b");System.out.println(a);System.out.println(b);return "abcd";}
}

浏览器输入地址：http://localhost:8080/memcachedIndex，观察IDEA控制台输出：
在这里插入图片描述

4.2 SpyMemcached

pom中引入依赖：

        <!--SpyMemcached--><dependency><groupId>net.spy</groupId><artifactId>spymemcached</artifactId><version>2.12.3</version></dependency>

SpyMemcachedConfig配置类：

package com.hulei.memcached.spymemcached;import lombok.Getter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import net.spy.memcached.MemcachedClient;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.boot.CommandLineRunner;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;@Configuration
@Slf4j
public class SpyMemcachedConfig implements CommandLineRunner {@Value("${SpyMemcached.memcached.ip}")private String ip;@Value("${SpyMemcached.memcached.port}")private int port;@Getterprivate MemcachedClient client = null;@Overridepublic void run(String... args) {try {client = new MemcachedClient(new InetSocketAddress(ip,port));} catch (IOException e) {log.error("SpyMemcached初始化失败",e);throw new RuntimeException("SpyMemcached初始化失败");}}}

yml配置：

在这里插入图片描述

SpyMemcachedController测试控制类：

package com.hulei.memcached.spymemcached;import jakarta.annotation.Resource;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;@RestController
public class SpyMemcachedController {@Resourceprivate SpyMemcachedConfig spyMemcachedConfig;@RequestMapping("/spyMemcachedIndex")public String spyMemcachedIndex() throws InterruptedException {/*这个过期时间单位是秒，最大值是60*60*24*30*/spyMemcachedConfig.getClient().set("spyMemcachedKey",1,"张三");System.out.println("基于spyMemcached实现，现在的值为 "+spyMemcachedConfig.getClient().get("spyMemcachedKey"));Thread.sleep(2000);System.out.println("1秒后缓存内容清除，现在的值为： "+spyMemcachedConfig.getClient().get("spyMemcachedKey"));return "SpyMemcached";}
}

浏览器输入地址：http://localhost:8080/spyMemcachedIndex，观察IDEA控制台输出：

在这里插入图片描述

4.3 XMemcached

pom中再引入依赖：

        <!--XMemcached --><dependency><groupId>com.googlecode.xmemcached</groupId><artifactId>xmemcached</artifactId><version>2.4.8</version></dependency>

XMemcachedConfig配置类：

package com.hulei.memcached.xmemcached;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import net.rubyeye.xmemcached.MemcachedClient;
import net.rubyeye.xmemcached.MemcachedClientBuilder;
import net.rubyeye.xmemcached.XMemcachedClientBuilder;
import net.rubyeye.xmemcached.command.BinaryCommandFactory;
import net.rubyeye.xmemcached.impl.KetamaMemcachedSessionLocator;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Qualifier;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
@Slf4j
public class XMemcachedConfig {@Value("${XMemcached.memcached.server}")private String server;@Value("${XMemcached.memcached.opTimeout}")private Integer opTimeout;@Value("${XMemcached.memcached.poolSize}")private Integer poolSize;@Value("${XMemcached.memcached.failureMode}")private boolean failureMode;@Value("${XMemcached.memcached.enabled}")private boolean enabled;@Bean(name = "memcachedClientBuilder")public MemcachedClientBuilder getBuilder() {MemcachedClientBuilder memcachedClientBuilder = new XMemcachedClientBuilder(server);// 内部采用一致性哈希算法memcachedClientBuilder.setSessionLocator(new KetamaMemcachedSessionLocator());// 操作的超时时间memcachedClientBuilder.setOpTimeout(opTimeout);// 采用二进制传输协议（默认为文本协议）memcachedClientBuilder.setCommandFactory(new BinaryCommandFactory());// 设置连接池的大小memcachedClientBuilder.setConnectionPoolSize(poolSize);// 是否开起失败模式memcachedClientBuilder.setFailureMode(failureMode);return memcachedClientBuilder;}/*** 由Builder创建memcachedClient对象，并注入spring容器中*/@Bean(name = "memcachedClient")public MemcachedClient getClient(@Qualifier("memcachedClientBuilder") MemcachedClientBuilder memcachedClientBuilder) {MemcachedClient client;try {client =  memcachedClientBuilder.build();} catch(Exception e) {log.error("创建MemcachedClient对象失败", e);throw new RuntimeException("创建MemcachedClient对象失败", e);}return client;}
}

yml配置：
在这里插入图片描述

XMemcachedController测试服务类：

package com.hulei.memcached.xmemcached;import jakarta.annotation.Resource;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import net.rubyeye.xmemcached.MemcachedClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;@RestController
@Slf4j
public class XMemcachedController {@Resourceprivate MemcachedClient memcachedClient;@RequestMapping("/XMemcachedIndex")public String XMemcachedIndex() {try {//新增操作memcachedClient.set("XMemcachedKeyOne",0,"张三");System.out.println((String)memcachedClient.get("XMemcachedKeyOne"));//删除操作memcachedClient.delete("XMemcachedKeyOne");System.out.println((String)memcachedClient.get("XMemcachedKeyOne"));//设置存活时间memcachedClient.set("XMemcachedKeyTwo",1,"李四");Thread.sleep(2000);System.out.println((String)memcachedClient.get("XMemcachedKeyTwo"));//更新操作memcachedClient.set("XMemcachedKeyThree",0,"王五");System.out.println((String)memcachedClient.get("XMemcachedKeyThree"));memcachedClient.set("XMemcachedKeyThree",0,"王五他儿子");System.out.println((String)memcachedClient.get("XMemcachedKeyThree"));} catch (Exception e) {log.error("XMemcachedIndex error",e);}return "xMemcachedIndex";}
}

浏览器输入地址：http://localhost:8080/XMemcachedIndex，观察IDEA控制台输出：
在这里插入图片描述

五、总结

通过以上三个java客户端的案例，演示了Memcached的实际用法，整体较为简单，笔者把三个客户端的代码用一个项目演示，需要源码的请从文章顶部获取。

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