NoSQL（1）——memcached

一、NoSQL

• 什么是NoSQL

---

1. 非关系型数据库就是NoSQL，关系型数据库代表MySQL
2. 对于关系型数据库来说，是需要把数据存储到库、表、行、字段里，查询的时候根据条件一行一行地2去匹配，当量非常大的时候就很耗费时间和资源，尤其是数据是需要从磁盘里去检索
3. NoSQL数据库存储原理非常简单（典型的数据类型为k-v），不存在繁杂的关系链，比如mysql查询的时候，需要找到对应的库、表（通常是多个表）以及字段。
4. NoSQL数据可以存储在内存里，查询速度非常快
5. NoSQL在性能表现上虽然能优于关系型数据库，但是它并不能完全替代关系型数据库
6. NoSQL因为没有复杂的数据结构，扩展非常容易，支持分布式

• 常见的数据库

---

1. k-v（key-value）形式的：memcached、redis 适合储存用户信息，比如会话、配置文件、参数、购物车等等。这些信息一般都和ID（键）挂钩，这种情景下键值数据库是个很好的选择。
2. 文档数据库：mongodb 将数据以文档的形式储存。每个文档都是一系列数据项的集合。每个数据项都有一个名称与对应的值，值既可以是简单的数据类型，如字符串、数字和日期等；也可以是复杂的类型，如有序列表和关联对象。数据存储的最小单位是文档，同一个表中存储的文档属性可以是不同的，数据可以使用XML、JSON或者JSONB等多种形式存储。
3. 列存储 Hbase
4. 图 Neo4J、Infinite Graph、OrientDB

二、memcached介绍

• Memcached是国外社区网站LiveJournal团队开发，目的是为了通过缓存数据库查询结果，减少数据库访问次数，从而提高动态web站点性能。
• 官方站点:http://www.memcached.org/
• Memcached它有以下特点：

---

1. 数据结构简单(k-v)，数据存放在内存里
2. 多线程
3. 基于c/s架构，协议简单
4. 基于libevent的事件处理
5. 自主内存存储处理（slab allowcation)
6. 数据过期方式：Lazy Expiration 和 LRU

• Memcached的数据流向

Memcached的数据流向，如图所示:

1. 用户请求给web服务器，服务器通过php去db上查询数据，并反馈给用户。
2. 当web服务器查到数据同时会把数据结果存储到memcached中。
3. 当用户再次需要查询该数据，web就会直接从memcached中读取数据。

• Slab allocation（自主内存存储处理）

---

1. Slab Allocation的原理
2. 将分配的内存分割成各种尺寸的块（chunk）, 并把尺寸相同的块分成组（chunk的集合），每个chunk集合被称为slab。
3. Memcached的内存分配以Page为单位，Page默认值为1M，可以在启动时通过-I参数来指定。
4. Slab是由多个Page组成的，Page按照指定大小切割成多个chunk。
   

• Growth factor

---

1. Memcached在启动时通过-f选项可以指定 Growth Factor因子。该值控制chunk大小的差异。默认值为1.25。
2. 通过memcached-tool命令查看指定Memcached实例的不同slab状态，可以看到各Item所占大小（chunk大小）差距为1.25
3. 命令： memcached-tool 127.0.0.1:11211 display

• Memcached的数据过期方式

---

1. Lazy Expiration
   Memcached 内部不会监视记录是否过期，而是在get时查看记录的时间戳，检查记录是否过期。这种技术被称为lazy（惰性）expiration。因此，Memcached不会在过期监视上耗费CPU时间。

2. LRUMemcached
   会优先使用已超时的记录的空间，但即使如此，也会发生追加新记录时空间不足的情况，此时就要使用名为Least Recently Used（LRU）机制来分配空间。顾名思义，这是删除“最近最少使用”的记录的机制。因此，当内存空间不足时（无法从slab class获取到新的空间时），就从最近未被使用的记录中搜索，并将其空间分配给新的记录。从缓存的实用角度来看，该模型十分理想。

三、安装memcached

• 使用yum安装

[root@aming-01 ~]# yum install -y memcached libmemcached libevent

• 启动memcached服务

[root@aming-01 ~]# systemctl start memcached
[root@aming-01 ~]# ps aux |grep memcached
memcach+  1704  0.0  0.1 344080  1672 ?        Ssl  21:14   0:00 /usr/bin/memcached -u memcached -p 11211 -m 64 -c 1024

• 可以配置参数的启动参数

---

1. -u 指定运行memcached服务的用户
2. -p 执行监听端
3. -m 指定内存大小 单位M
4. -c 指定最大并发数

• 启动参数配置文件在/etc/sysconfig/memcached
• 更改启动参数配置文件

vim /etc/sysconfig/memcached
内容如下：
PORT="11211"           ##端口
USER="memcached"       ##用户
MAXCONN="1024"         ##最大并发数
CACHESIZE="64"         ##分配内存大小      
OPTIONS=""             #监听的ip

四、查看memcached状态

• 使用memcached-tool工具来查看memcached状态

memcached-tool 127.0.0.1:11211 stats

#127.0.0.1:11211   Field       Value
         accepting_conns           1
               auth_cmds           0
             auth_errors           0
                   bytes           0
              bytes_read           7
           bytes_written           0
              cas_badval           0
                cas_hits           0
              cas_misses           0
               cmd_flush           0
                 cmd_get           0
                 cmd_set           0
               cmd_touch           0
             conn_yields           0
   connection_structures          11
        curr_connections          10
              curr_items           0
               decr_hits           0
             decr_misses           0
             delete_hits           0
           delete_misses           0
       evicted_unfetched           0
               evictions           0
       expired_unfetched           0
                get_hits           0
              get_misses           0
              hash_bytes      524288
       hash_is_expanding           0
        hash_power_level          16
               incr_hits           0
             incr_misses           0
                libevent 2.0.21-stable
          limit_maxbytes    67108864
     listen_disabled_num           0
                     pid        1704
            pointer_size          64
               reclaimed           0
            reserved_fds          20
           rusage_system    0.021315
             rusage_user    0.000000
                 threads           4
                    time  1542201963
       total_connections          11
             total_items           0
              touch_hits           0
            touch_misses           0
                  uptime         698
                 version      1.4.15

• 生产环境中要留意 curr_items暂存的项目, cmd_get表示总的get次数，get_hits表示get的总命中次数，命中率 = get_hits/cmd_get。
• 使用nc命令来查看memcached状态

---

1. 安装nc工具

yum install -y nc

2. 使用nc工具查看memcached的状态

echo stats |nc 127.0.0.1 11211

STAT pid 1704
STAT uptime 1460
STAT time 1542202725
STAT version 1.4.15
STAT libevent 2.0.21-stable
STAT pointer_size 64
STAT rusage_user 0.000000
STAT rusage_system 0.038224
STAT curr_connections 10
STAT total_connections 12
STAT connection_structures 11
STAT reserved_fds 20
STAT cmd_get 0
STAT cmd_set 0
STAT cmd_flush 0
STAT cmd_touch 0
STAT get_hits 0
STAT get_misses 0
STAT delete_misses 0
STAT delete_hits 0
STAT incr_misses 0
STAT incr_hits 0
STAT decr_misses 0
STAT decr_hits 0
STAT cas_misses 0
STAT cas_hits 0
STAT cas_badval 0
STAT touch_hits 0
STAT touch_misses 0
STAT auth_cmds 0
STAT auth_errors 0
STAT bytes_read 13
STAT bytes_written 1024
STAT limit_maxbytes 67108864
STAT accepting_conns 1
STAT listen_disabled_num 0
STAT threads 4
STAT conn_yields 0
STAT hash_power_level 16
STAT hash_bytes 524288
STAT hash_is_expanding 0
STAT bytes 0
STAT curr_items 0
STAT total_items 0
STAT expired_unfetched 0
STAT evicted_unfetched 0
STAT evictions 0
STAT reclaimed 0
END

• 使用memstats命令来查看memcached状态

---

1. 先安装 libmemcached

yum install -y libmemcached

2. 使用memstats命令

memstat --servers=127.0.0.1:11211 

Server: 127.0.0.1 (11211)
	 pid: 1704
	 uptime: 1712
	 time: 1542202977
	 version: 1.4.15
	 libevent: 2.0.21-stable
	 pointer_size: 64
	 rusage_user: 0.000000
	 rusage_system: 0.042545
	 curr_connections: 10
	 total_connections: 13
	 connection_structures: 11
	 reserved_fds: 20
	 cmd_get: 0
	 cmd_set: 0
	 cmd_flush: 0
	 cmd_touch: 0
	 get_hits: 0
	 get_misses: 0
	 delete_misses: 0
	 delete_hits: 0
	 incr_misses: 0
	 incr_hits: 0
	 decr_misses: 0
	 decr_hits: 0
	 cas_misses: 0
	 cas_hits: 0
	 cas_badval: 0
	 touch_hits: 0
	 touch_misses: 0
	 auth_cmds: 0
	 auth_errors: 0
	 bytes_read: 30
	 bytes_written: 2069
	 limit_maxbytes: 67108864
	 accepting_conns: 1
	 listen_disabled_num: 0
	 threads: 4
	 conn_yields: 0
	 hash_power_level: 16
	 hash_bytes: 524288
	 hash_is_expanding: 0
	 bytes: 0
	 curr_items: 0
	 total_items: 0
	 expired_unfetched: 0
	 evicted_unfetched: 0
	 evictions: 0
	 reclaimed: 0

• 总结三种查看memcache状态命令

1. memcached-tool IP:端口 stats
2. echo stats |nc IP 端口
3. memstat --servers=IP:端口

五、memcached命令行

• 使用Telnet进入memcached

---

1. 格式：telnet IP 端口
2. 安装并执行

1. yum install -y telnet
2. telnet 127.0.0.1 11211
3. 退出Telnet按Ctrl+]再输入quit撤销按Ctrl+退格键

• 使用nc进入memcached

1. 格式：nc IP 端口

nc 127.0.0.1 11211

• Memcached语法规则

---

• ``\r\n \r\n\
  注：\r\n在windows下是Enter键

1. 可以是set, add, replace
   • set表示按照相应的存储该数据，没有的时候增加，有的时候覆盖
   • add表示按照相应的添加该数据,但是如果该已经存在则会操作失败
   • replace表示按照相应的替换数据,但是如果该不存在则操作失败。
2. 客户端需要保存数据的key
3. 是一个16位的无符号的整数(以十进制的方式表示)。该标志将和需要存储的数据一起存储,并在客户端get数据时返回。客户端可以将此标志用做特殊用途，此标志对服务器来说是不透明的。
4. 为过期的时间。
   • 若为0表示存储的数据永远不过期(但可被服务器算法：LRU 等替换)。
   • 如果非0(unix时间或者距离此时的秒数),当过期后,服务器可以保证用户得不到该数据(以服务器时间为标准)。
5. 需要存储的字节数，当用户希望存储空数据时可以为0
6. 需要存储的内容，输入完成后，最后客户端需要加上\r\n（直接点击Enter）作为结束标志。

• 添加键

set key3 1 100 4         ## 1为标记 100为存储时间 4为4位数
abcd
STORED

• 获得键对应的值

get key3
VALUE key3 1 4
abcd
END

• 替换值

replace key3 1 200 5           ##replace和set一样也要输入  
abcdx 
STORED

• 删除键

delete key3
DELETED

六、memcached数据导出和导入

• memcache的数据会因为重启服务，或者服务器关机重启都会导致数据丢失，所以数据的备份就非常重要。
• 使用memcached-tool命令把数据导出
  • 格式：memcached-tool IP:端口 dump > 备份文件

[root@aming-01 ~]# memcached-tool 127.0.0.1:11211 dump > date.txt
Dumping memcache contents
  Number of buckets: 1
  Number of items  : 2
Dumping bucket 1 - 2 total items

[root@aming-01 ~]# cat date.txt 
add shenxinyu 2 1542201265 2
ab
add zhaoyujie 1 1542201265 1
a

[root@aming-01 ~]# date -d @1542201265
2018年 11月 14日 星期三 21:14:25 CST

• 通过时间戳找出对应的时间。虽然我们设定数据过期时间为0即永不过期，但是导出数据时会把创建数据的时间做为过期时间，因此需要把时间修改后再导入数据。
• 使用nc命令把数据导入
  • 格式：nc IP 端口 < 备份文件

1. [root@aming-01 ~]# systemctl restart memcached  ##无法导入已存在的数据，所以需要重启服务清空数据后再测试
2. [root@aming-01 ~]# nc 127.0.0.1 11211 < date.txt
STORED
STORED

• 进入memcached，发现数据导入成功

[root@aming-01 ~]# nc 127.0.0.1 11211
get zhaoyujie
VALUE zhaoyujie 1 1
a
END
get shenxinyu
VALUE shenxinyu 2 2
ab
END

• 将备份文件中的add修改为set并更改键值后测试，memcached数据存在时是否可以导入覆盖：

[root@aming-01 ~]# cat date.txt 
set shenxinyu 2 1542209568 2
bb
set zhaoyujie 1 1542209568 1
b

[root@aming-01 ~]# nc 127.0.0.1 11211 < date.txt
STORED
STORED

[root@aming-01 ~]# nc 127.0.0.1 11211
get zhaoyujie
VALUE zhaoyujie 1 1
b
END
get shenxinyu
VALUE shenxinyu 2 2
bb
END

• 导入并且覆盖数据成功。

• 七、php连接memcached

• php链接memcached需要安装memcached的模块
• 移动至目录/usr/local/src/并下载解压memcache：

cd /usr/loca/src
wget http://www.apelearn.com/bbs/data/attachment/forum/memcache-2.2.3.tgz 
tar zxvf memcache-2.2.3.tgz

• 移动到解压后的memcache目录下，并生成configure文件：

cd memcache-2.2.3
/usr/local/php-fpm/bin/phpize

• 初始化并安装

./configure --with-php-config=/usr/local/php-fpm/bin/php-config
make && make install
安装完后会有类似这样的提示：Installing shared extensions: /usr/local/php-fpm/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20131226/

• 修改php.ini

vim /usr/local/php-fpm/etc/php.ini
增加以下内容：
extension=memcache.so

• 检查php是否生产memcached模块

[root@aming-01 memcache-2.2.3]# /usr/local/php-fpm/bin/php -m|grep memcache
memcache

• 下载一个php的测试页面看是否支持php来操作memcache

curl www.apelearn.com/study_v2/.memcache.txt > 1.php 2>/dev/null
也可以参考：https://coding.net/u/aminglinux/p/yuanke_centos7/git/blob/master/21NOSQL/1.php

• 执行脚本

/usr/local/php-fpm/bin/php 1.php
输出内容如下时表示连接成功：
[root@aming-01 ~]# /usr/local/php-fpm/bin/php 1.php 
Get key1 value: This is first value<br>Get key1 value: This is replace value<br>Get key2 value: Array
(
    [0] => aaa
    [1] => bbb
    [2] => ccc
    [3] => ddd
)
<br>Get key1 value: <br>Get key2 value: <br>[root@aming-01 ~]#

• 也可以将1.php放到虚拟主机根目录下，通过游览器访问。

八、memcached中存储session

• 当后台存在有多台web服务器时（负载均衡），为了让用户的登录状态等信息持续在线，就可以让用户的session（一般存在服务器磁盘上）存在memcached中。
• 编辑php.ini

vim /usr/local/php/etc/php.ini
找到下面参数，并注释掉:
session.save_handler = files
在文件内添加以下内容：
session.save_handler = memcache
session.save_path = "tcp://192.168.157.128:11211"

• 或者httpd.conf中对应的虚拟主机中添加

php_value session.save_handler "memcache"
php_value session.save_path "tcp://192.168.157.128:11211"

• 或者php-fpm.conf对应的pool中添加

php_value[session.save_handler] = memcache
php_value[session.save_path] = " tcp://192.168.157.128:11211 "

• 下载一个php测试页面看memcache是否存储了session

wget http://study.lishiming.net/.mem_se.txt
mv .mem_se.txt  /data/wwwroot/zhaoyujie.com/test.php

• 访问测试页面，最后一段字符串为键名

[root@aming-01 ~]# curl localhost/test.php
1542383652<br><br>1542383652<br><br>7dvifjains9h2sic5ge82sd6a5 
[root@aming-01 ~]# curl localhost/test.php
1542383654<br><br>1542383654<br><br>hroqsbofe2atctq6vvjegulre2 
[root@aming-01 ~]# curl localhost/test.php
1542383654<br><br>1542383654<br><br>m6uvqd4hhkq9k7svq79i48hrh2

• 查看memcached，发现多出三个项目：

[root@aming-01 ~]# memcached-tool 127.0.0.1:11211 stats |grep curr_items
              curr_items           3

• 连接memcachde

[root@aming-01 ~]# telnet 127.0.0.1 11211
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
get m6uvqd4hhkq9k7svq79i48hrh2
VALUE m6uvqd4hhkq9k7svq79i48hrh2 0 37
TEST|i:1542383654;TEST3|i:1542383654;
END
get hroqsbofe2atctq6vvjegulre2
VALUE hroqsbofe2atctq6vvjegulre2 0 37
TEST|i:1542383654;TEST3|i:1542383654;
END

• 发现memcached已经存储了session.