缓存之memcached 面试题

左手的ㄟ右手 2022-12-13 11:28 93阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *   *  1、memcached是怎么工作的？
             *  2、memcached最大的优势是什么？
             *  3、memcached和MySQL的querycache相比有什么优缺点？
             *  4、memcached和服务器的localcache（比如PHP的APC、mmap文件等）相比，有什么优缺点？
             *  5、memcached的cache机制是怎样的？
             *  6、memcached如何实现冗余机制？
             *  7、memcached如何处理容错的？
             *  8、如何将memcached中item批量导入导出？
             *  9、我需要把memcached中的item批量导出导入，怎么办？
             *  10、memcached是如何做身份验证的？
             *  11、memcached的多线程是什么？如何使用它们？
             *  12、memcached能接受的key的最大长度是多少？
             *  13、memcached对item的过期时间有什么限制？
             *  14、memcached最大能存储多大的单个item？

#### 1、memcached是怎么工作的？ ####

Memcached的神奇来自两阶段哈希（two-stagehash）。Memcached就像一个巨大的、存储了很多＜key，value＞对的哈希表。通过key，可以存储或查询任意的数据。

客户端可以把数据存储在多台memcached上。当查询数据时，客户端首先参考节点列表计算出key的哈希值（阶段一哈希），进而选中一个节点；客户端将请求发送给选中的节点，然后memcached节点通过一个内部的哈希算法（阶段二哈希），查找真正的数据（item）。

举个列子，假设有3个客服端123台memcachedA，B，CClient1想把数据"barbaz”以key“foo"存储。Client1首先参考节点列表  
（A，B，C）计算key"foo”的哈希值，假设memcachedB被选中。接着，Client1直接connect到memcachedB通过key"foo"把数据"barbaz"存储进去。Client2使用与Client1相同的客户端库億味着阶段一的哈希算法相同），也拥有同样的memcached列表（A，B，C）。于是，经过相同的哈希计算（阶段一），Client2计算出key"foo"在memcachedB上，然后它直接请求memcachedB，得到数据"barbaz"。各种客户端在memcached中数据的存储形式是不同的（perlStorablephpserialize，javahibernate，JSON等）。一些客户端实现的哈希算法也不一样。但是，memcached服务器端的行为总是一致的。

最后，从实现的角度看，memcached是一个非阻塞的、基于事件的服务器程序。这种架构可以很好地解决C10Kproblem，并具有极佳的可扩展性。  
可以参考AStoryofCaching，这篇文章简单解释了客户端与memcached是如何交互的。

#### 2、memcached最大的优势是什么？ ####

请仔细阅读上面的问题（即memcached是如何工作的）。Memcached最大的好处就是它带来了极佳的水平可扩展性，特别是在一个巨大的系统中。

由于客户端自己做了一次哈希，那么我们很容易增加大量memcached到集群中。memcached之间没有相互通信，因此不会增加memcached的负载；没有多播协议，不会网络通信量爆炸（implode）omemcached的集群很好用。内存不够了？增加几台memcached吧；CPU不够用了？再增加几台吧；有多余的内存？在增加几台吧，不要浪费了。

基于memcached的基本原则，可以相当轻松地构建出不同类型的缓存架构。除了这篇FAQ，在其他地方很容易找到详细资料的。

#### 3、memcached和MySQL的querycache相比有什么优缺点？ ####

把memcached引入应用中，还是需要不少工作量的。MySQL有个使用方便的querycache，可以自动地缓存SQL查询的结果，被缓存的SQL查询可以被反复地快速执行。Memcached与之相比，怎么样呢？MySQL的querycache是集中式的，连接到该querycache的MySQL服务器都会受益。

1.  •当您修改表时，MySQL的querycache会立刻被刷新（flush）。存储一个memcacheditem只需要很少的时间，但是当写操作很频繁时，MySQL的querycache会经常让所有缓存数据都失效。
2.  在多核CPU上MySQL的querycache会遇到扩展问题（scalabilityissues）。在多核CPU上querycache会增加一个全局锁（globallock）、由于需要刷新更多的缓存数据，速度会变得更慢。
3.  在MySQL的querycache中，我们是不能存储任意的数据的（只能是SQL查询结果）。而利用memcached，我们可以搭建出各种高效的缓存。比如，可以执行多个独立的查询，构建出一个用户对象（userobject），然后将用户对象缓存到memcached中，而querycache是SQL语句级别的，不可能做到这一点。在小的网站中，querycache会有所帮助，但随着网站规模的增加，querycache的弊将大于利。
4.  querycache能够利用的内存容量受到MySQL服务器空闲内存空间的限制。给数据库服务器增加更多的内存来缓存数据，固然是很好的。但是，有了memcached，只要您有空闲的内存，都可以用来增加memcached集群的规模，然后您就可以缓存更多的数据。

#### 4、memcached和服务器的localcache（比如PHP的APC、mmap文件等）相比，有什么优缺点？ ####

首先，localcache有许多与上面（querycache）相同的问题。localcache能够利用的内存容量受到（单台）服务器空闲内存空间的限制。不过，localcache有一点比memcached和querycache都要好，那就是它不但可以存储任意的数据，而且没有网络存取的延迟。

1.  localcache的数据查询更快。考虑把highlycommon的数据放在localcache中吧。如果每个页面都需要加载一些数量较少的数据，考虑把它们放在localcache吧。
2.  localcache缺少集体失效（groupinvalidation）的特性，在memcached集群中，删除或更新一个key会让所有的观察者觉察到。但是在localcache中我们只能通知所有的服务器刷新cache（很慢，不具扩展性），或者仅仅依赖缓存超时失效机制。
3.  localcache面临着严重的内存限制，这一点上面已经提到。

#### 5、memcached的cache机制是怎样的？ ####

Memcached主要的cache机制是LRU最近最少用）算法+超时失效。当您存数据到memcached中，可以指定该数据在缓存中可以呆多久Whichisforever，orsometimeinthefutureo如果memcached的内存不够用了，过期的slabs会优先被替换，接着就轮到最老的未被使用的slabs

#### 6、memcached如何实现冗余机制？ ####

不实现!我们对这个问题感到很惊讶。Memcached应该是应用的缓存层。它的设计本身就不带有任何冗余机制。如果一个Memcached节点失去了所有数据，您应该可以从数据源（比如数据库）再次获取到数据。您应该特别注意，您的应用应该可以容忍节点的失效。不要写一些糟糕的查询代码，寄希望于memcached来保证一切!如果您担心节点失效会大大加重数据库的负担，那么您可以采取一些办法。比如您可以增加更多的节点（来减少丢失一个节点的影响），热备节点（在其他节点down了的时候接管IP）。

#### 7、memcached如何处理容错的？ ####

不处理!在memcached节点失效的情况下，集群没有必要做任何容错处理。如果发生了节点失效，应对的措施完全取决于用户。节点失效时，下面列出几种方案供您选择：

1.  忽略它！失效节点被恢复或替换之前，还有很多其他节点可以应对节点失效带来的影响。
2.  把失效的节点从节点列表中移除。做这个操作千万要小心！在默认情况下（余数式哈希算法），客户端添加或移除节点，会导致所有的缓存数据不可用！因为哈希参照的节点列表变化了，大部分key会因为哈希值的改变而被映射到（与原来）不同的节点上。
3.  •启动热备节点，接管失效节点所占用的IP，这样可以防止哈希紊乱（hashingchaos）。
4.  如果希望添加和移除节点，而不影响原先的哈希结果，可以使用一致性哈希算法（consistenthashing）。您可以百度一下一致性哈希算法。支持一致性哈希的客户端已经很成熟，而且被广泛使用。去尝试一下吧！•两次哈希（reshing）。当客户端存取数据时，如果发现一个节点（down）了，就再做一次哈希（哈希算法与前一次不同），重新选择另一个节点（需要注意的时，客户端并没有把down的节点从节点列表中移除，下次还是有可能先哈希到它）。如果某个节点时好时坏，两次哈希的方法就有风险了，好的节点和坏的节点上都可能存在脏数据（staledata）。

#### 8、如何将memcached中item批量导入导出？ ####

您不应该这样做!Memcached是一个非阻塞的服务器。任何可能导致memcached暂停或瞬时拒绝服务的操作都应该值得深思熟虑。向memcached中批量导入数据往往不是您真正想要的!想象看，如果缓存数据在导出导入之间发生了变化，您就需要处理脏数据了；如果缓存数据在导出导入之间过期了，您又怎么处理这些数据呢？因此，批量导出导入数据并不像您想象中的那么有用。不过在一个场景倒是很有用。如果您有大量的从不变化的数据，并且希望缓存很快热（warm）起来，批量导入缓存数据是很有帮助的。虽然这个场景并不典型，但却经常发生，因此我们会考虑在将来实现批量导出导入的功能。

#### 9、我需要把memcached中的item批量导出导入，怎么办？ ####

好吧好吧。如果您需要批量导出导入，最可能的原因一般是重新生成缓存数据需要消耗很长的时间，或者数据库坏了让您饱受痛苦。

如果一个memcached节点down了让您很痛苦，那么您还会陷入其他很多麻烦。您的系统太脆弱了。您需要做一些优化工作。比如处理“惊群’'问题（比如memcached节点都失效了，反复的查询让您的数据库不堪重负…这个问题在FAQ的其他提到过），或者优化不好的查询。记住，Memcached并不是您逃避优化查询的借口。

如果您的麻烦仅仅是重新生成缓存数据需要消耗很长时间（15秒到超过5分钟），您可以考虑重新使用数据库。这里给出一些提示：

1.  使用MogileFS（或者CouchDB等类似的软件）在存储item。把item计算出来并dump磁盘上。MogileFS可以很方便地覆写item，并提供快速地访问。您甚至可以把MogileFS中的item缓存在memcached中，这样可以加快读取速度。MogileFS+Memcached的组合可以加快缓存不命中时的响应速度，提高网站的可用性。
2.  重新使用MySQL。MySQL的InnoDB主键查询的速度非常快。如果大部分缓存数据都可以放到VARCHAR字段中，那么主键查询的性能将更好。从memcached中按key查询几乎等价于MySQL的主键查询:将key哈希到64-bit的整数，然后将数据存储到MySQL中。您可以把原始（不做哈希）的key存储都普通的字段中，然后建立二级索引来加快查询…key被动地失效，批量删除失效的key，等等。
3.  上面的方法都可以引入memcached，在重启memcached的时候仍然提供很好的性能。由于您不需要当心"hot’‘的item被memcachedLRU算法突然淘汰，用户再也不用花几分钟来等待重新生成缓存数据（当缓存数据突然从内存中消失时），因此上面的方法可以全面提高性能。

#### 10、memcached是如何做身份验证的？ ####

没有身份认证机制!memcached是运行在应用下层的软件（身份验证应该是应用上层的职责）。memcached的客户端和服务器端之所以是轻量级的，部分原因就是完全没有实现身份验证机制。这样，memcached可以很快地创建新连接，服务器端也无需任何配置。

如果您希望限制访问，您可以使用防火墙，或者让memcached监听unix  
domainsocketo

#### 11、memcached的多线程是什么？如何使用它们？ ####

线程就是定律（threadsrule）!在StevenGrimm和Facebook的努力下，memcached1.2及更高版本拥有了多线程模式。多线程模式允许memcached能够充分利用多个CPU，并在CPU之间共享所有的缓存数据。memcached使用一种简单的锁机制来保证数据更新操作的互斥。相比在同一个物理机器上运行多个memcached实例，这种方式能够更有效地处理multigetso

如果您的系统负载并不重，也许您不需要启用多线程工作模式。如果您在运行一个拥有大规模硬件的、庞大的网站，您将会看到多线程的好处。简单地总结一下:命令解析（memcached在这里花了大部分时间）可以运行在多线程模式下。memcached内部对数据的操作是基于很多全局锁的（因此这部分工作不是多线程的）。未来对多线程模式的改进，将移除大量的全局锁，提高memcached在负载极高的场景下的性能。

#### 12、memcached能接受的key的最大长度是多少？ ####

key的最大长度是250个字符。需要注意的是，250是memcached服务器端内部的限制，如果您使用的客户端支持"key的前缀或类似特性，那么key（前缀+原始key）的最大长度是可以超过250个字符的。我们推荐使用使用较短的key，因为可以节省内存和带宽。

#### 13、memcached对item的过期时间有什么限制？ ####

过期时间最大可以达到30天.memcached把传入的过期时间（时间段）解释成时间点后，一旦到了这个时间点，memcached就把item置为失效状态。这是一个简单但obscure的机制。

#### 14、memcached最大能存储多大的单个item？ ####

1MB。如果你的数据大于1MB，可以考虑在客户端压缩或拆分到多个key中。