在memcached内存存储机制剖析的前两篇文章中，已分析过memcached的内存管理器初始化机制及slab的管理分配机制。接下来我们就来探讨下对象item的分配管理及LRU机制。
1 item关键数据结构
（1）item结构体原型
typedef struct _stritem { struct _stritem *next; struct _stritem *prev; struct _stritem *h_next; /* hash chain next */ rel_time_t time; /* least recent access */ rel_time_t exptime; /* expire time */ int nbytes; /* size of data */ unsigned short refcount; uint8_t nsuffix; /* length of flags-and-length string */ uint8_t it_flags; /* ITEM_* above */ uint8_t slabs_clsid;/* which slab class we're in */ uint8_t nkey; /* key length, w/terminating null and padding */ /* this odd type prevents type-punning issues when we do * the little shuffle to save space when not using CAS. */ union { uint64_t cas; char end; } data[]; /* if it_flags & ITEM_CAS we have 8 bytes CAS */ /* then null-terminated key */ /* then " flags length\r\n" (no terminating null) */ /* then data with terminating \r\n (no terminating null; it's binary!) */ } item;
（2）全局数组
static item *heads[LARGEST_ID];
保存各个slab class所对应的item链表的表头。
static item *tails[LARGEST_ID];
保存各个slab class所对应的item链表的表尾。
static unsigned int sizes[LARGEST_ID];
保存各个slab class所对应的items数目。
2 item分配机制的函数实现
（1）LRU机制
在前面的分析中已介绍过，memcached不会释放已分配的内存。记录超时后，客户端就无法再看见该记录（invisible，透明），其存储空间即可重复使用。Memcached采用的是Lazy Expiration,即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。
memcached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，即删除“最近最少使用”的记录。
（2）函数实现
Item的分配在函数do_item_alloc()中实现，函数原型为：
item *do_item_alloc(char *key, const size_t nkey, const int flags, const rel_time_t exptime, const int nbytes)；
参数含义：
* key - The key
* nkey - The length of the key
* flags - key flags
*exptime –item expired time
* nbytes - Number of bytes to hold value and addition CRLF terminator
函数的具体实现如下，由于do_item_alloc()太长，这里只贴出部分关键代码：
item *do_item_alloc(char *key, const size_t nkey, const int flags, const rel_time_t exptime, const int nbytes) { uint8_t nsuffix; item *it = NULL; char suffix[40]; size_t ntotal = item_make_header(nkey + 1, flags, nbytes, suffix, &nsuffix); //settings.use_cas:?cas"是一个存储检查操作，用来检查脏数据的存操作。 if (settings.use_cas) { ntotal += sizeof(uint64_t); } unsigned int id = slabs_clsid(ntotal);//获得slabclass索引值 if (id == 0) return 0; /* do a quick check if we have any expired items in the tail.. */ int tries = 50; item *search; //在item链表中遍历过期item for (search = tails[id]; tries > 0 && search != NULL; tries--, search=search->prev) { if (search->refcount == 0 && (search->exptime != 0 && search->exptime < current_time)) { ……. } } //没有过期数据时,采用LRU算法，淘汰老数据 if (it == NULL && (it = slabs_alloc(ntotal, id)) == NULL) { /* ** Could not find an expired item at the tail, and memory allocation ** failed. Try to evict some items! */ tries = 50; /* If requested to not push old items out of cache when memory runs out, * we're out of luck at this point... */ // 当内存存满时，是否淘汰老数据。默认为真。可用-M修改为否。此时内容耗尽时，新插入数据时将返回失败。 …… it = slabs_alloc(ntotal, id); //返回新分配的slab的第一个item //item分配失败,做最后一次努力 if (it == 0) { itemstats[id].outofmemory++; /* Last ditch effort. There is a very rare bug which causes * refcount leaks. We've fixed most of them, but it still happens, * and it may happen in the future. * We can reasonably assume no item can stay locked for more than * three hours, so if we find one in the tail which is that old, * free it anyway. */ tries = 50; for (search = tails[id]; tries > 0 && search != NULL; tries--, search=search->prev) { //search->time:最近一次访问的时间 if (search->refcount != 0 && search->time + TAIL_REPAIR_TIME < current_time) { …… } it = slabs_alloc(ntotal, id); if (it == 0) { return NULL; } } } ……. it->next = it->prev = it->h_next = 0; it->refcount = 1; /* the caller will have a reference */ DEBUG_REFCNT(it, '*'); it->it_flags = settings.use_cas ? ITEM_CAS : 0; it->nkey = nkey; it->nbytes = nbytes; //零长数组 memcpy(ITEM_key(it), key, nkey); it->exptime = exptime; memcpy(ITEM_suffix(it), suffix, (size_t)nsuffix); it->nsuffix = nsuffix; return it; }
该函数首先调用item_make_header()函数计算出该item的总长度，如果脏数据检查标志设置的话，添加sizeof(uint64_t)的长度，以便从slabclass获得索引值（使用slabs_clsid()函数返回）。接着从后往前遍历item链表，注意全局数组heads[LARGEST_ID]和tails[LARGEST_ID]保存了slabclass对应Id的链表头和表尾。
从源码中我们可以看出，有三次遍历循环，每次最大遍历次数为50（tries表示），//在item链表中遍历过期item，如果某节点的item设置了过期时间并且该item已过期，则回收该item，，调用do_item_unlink()把它从链表中取出来。
若向前查找50次都没有找到过期的item，则调用slabs_alloc()分配内存，如果alloc失败，接着从链表尾开始向前找出一些没有人用的refcount=0的item，调用do_item_unlink()，再用slabs_alloc()分配内存，如果还失败，只能从链表中删除一些正在引用但过期时间小于current_time – CURRENT_REPAIR_TIME的节点，这个尝试又从尾向前尝试50次，OK，再做最后一次尝试再去slabs_alloc()分配内存，如果这次还是失败，那就彻底放弃了，内存分配失败。
Memcached的内存管理方式是非常精巧和高效的，它很大程度上减少了直接alloc系统内存的次数，降低函数开销和内存碎片产生几率，虽然这种方式会造成一些冗余浪费，但是这种浪费在大型系统应用中是微不足道的。