memcached的cache机制是怎样的？思维导图 代码示例（java 架构)

Memcached 的缓存机制

Memcached 的缓存机制围绕着其作为高性能分布式内存对象缓存系统的核心功能展开。以下是关于Memcached缓存机制的主要方面：

1. 数据存储与检索

• 键值对存储：所有数据都以键值对的形式存储，键是唯一的字符串标识符，值可以是任意类型的数据。
• Slab Allocator (分配器)：Memcached使用Slab Allocator来管理内存，它将内存分割成不同大小的“slab classes”，每个class包含固定大小的小块（chunks）。当需要存储新数据时，根据数据大小选择最合适的chunk进行存储。

2. 内存管理

• LRU淘汰策略：为了防止内存溢出，Memcached采用了最近最少使用（Least Recently Used, LRU）算法来决定哪些数据应该被移除。
• TTL (Time To Live)：每个缓存项都可以设置一个生存时间（TTL），超过该时间后数据自动失效。
• 按需扩展：只有当需要更多空间时，Memcached才会创建新的页。

3. 分布式支持

• 一致性哈希算法：在分布式环境中，Memcached通常使用一致性哈希算法来确定数据应存储在哪台服务器上，这样即使有服务器加入或离开集群，也只有少量的数据需要重新分布。

4. 缓存命中与未命中

• 缓存命中：当客户端请求获取某个键对应的值时，如果该键存在于缓存中，则直接返回结果。
• 缓存未命中：如果键不存在于缓存中，则返回空，并可能触发从原始数据源加载数据的操作，之后将新数据存入缓存。

5. 过期处理

• 主动清理：虽然Memcached不会立即删除过期的条目，但它会在尝试获取这些条目时进行检查并清理。
• 后台任务：Memcached有一个后台线程负责定期检查和清理过期的数据。

6. 客户端实现

• 连接池管理：为了提高效率，Memcached客户端库通常会实现连接池机制，允许复用已有的连接而不是每次都新建连接。
• 多线程处理：Memcached本身是单线程模型，但它可以通过非阻塞I/O和事件驱动架构高效地处理大量并发请求。

思维导图 (简化的文本表示)

Memcached 缓存机制
├── 数据存储与检索
│   ├── 键值对存储
│   └── Slab Allocator (分配器)
├── 内存管理
│   ├── LRU淘汰策略
│   ├── TTL (Time To Live)
│   └── 按需扩展
├── 分布式支持
│   └── 一致性哈希算法
├── 缓存命中与未命中
│   ├── 缓存命中
│   └── 缓存未命中
├── 过期处理
│   ├── 主动清理
│   └── 后台任务
└── 客户端实现
    ├── 连接池管理
    └── 多线程处理

Java代码示例

下面是一个简单的Java代码片段，展示了如何使用xmemcached库与Memcached交互，包括设置、获取和删除数据项。此示例假设你已经在本地运行了一个Memcached实例，并且监听了默认端口11211。

首先添加依赖（如果你使用的是Maven项目）：

<dependency>
    <groupId>cloud.xmemcachedgroupId>
    <artifactId>xmemcachedartifactId>
    <version>2.0.3version>
dependency>

然后是Java代码示例：

import net.rubyeye.xmemcached.MemcachedClient;
import net.rubyeye.xmemcached.MemcachedClientBuilder;
import net.rubyeye.xmemcached.XMemcachedClientBuilder;
import java.util.concurrent.TimeoutException;
import java.io.IOException;

public class MemcachedCacheMechanismExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException, InterruptedException {
        // 创建Memcached客户端连接到本地运行的服务
        MemcachedClient memcachedClient = null;
        try {
            MemcachedClientBuilder builder = new XMemcachedClientBuilder("localhost:11211");
            memcachedClient = builder.build();

            // 设置一个键值对，设置过期时间为3600秒
            String key = "user_id";
            String value = "12345";
            int ttlInSeconds = 3600; // TTL in seconds
            memcachedClient.set(key, ttlInSeconds, value);
            System.out.println("Stored user ID with TTL.");

            // 获取之前设置的值（缓存命中）
            Object retrievedValue = memcachedClient.get(key);
            System.out.println("Retrieved user ID (cache hit): " + retrievedValue);

            // 尝试获取一个不存在的键（缓存未命中）
            String nonExistentKey = "non_existent_key";
            Object nonExistentValue = memcachedClient.get(nonExistentKey);
            System.out.println("Retrieved non-existent key (cache miss): " + nonExistentValue);

            // 更新已有键的值
            String newValue = "67890";
            memcachedClient.replace(key, ttlInSeconds, newValue);
            System.out.println("Updated user ID.");

            // 再次获取更新后的值（缓存命中）
            Object updatedValue = memcachedClient.get(key);
            System.out.println("Retrieved updated user ID (cache hit): " + updatedValue);

            // 删除指定键的值
            memcachedClient.delete(key);
            System.out.println("Deleted user ID.");

            // 尝试再次获取，预期应为空（缓存未命中）
            Object deletedValue = memcachedClient.get(key);
            System.out.println("After deletion, Retrieved user ID (cache miss): " + deletedValue);

        } finally {
            if (memcachedClient != null) {
                // 关闭客户端连接
                memcachedClient.shutdown();
            }
        }
    }
}

这段代码演示了如何利用Memcached的一些基本功能，如set、get、replace和delete，同时体现了其缓存机制的工作原理。请注意，实际应用中可能还需要考虑更多的配置选项和服务监控，以确保最佳性能和可靠性。此外，为了充分利用Memcached的优势，应用程序应该精心设计缓存策略，例如合理设置TTL、正确处理缓存穿透等问题。