使用Memcached改进Java企业级应用性能：架构和设置

Memcached由Danga Interactive开发，用来提升LiveJournal.com网站性能。Memcached分布式架构支持众多的社交网络应用，Twitter、Facebook还有Wikipedia。在接下来的两部分教程中，Sunil Patil介绍了Memcached分布式哈希表架构，以及利用它帮助你为数据驱动Java企业应用做数据缓存。

本文介绍了如何利用Memcached提升Java企业应用性能。首先，总览了传统的Java缓存框架，并和Memcached做一个比较。当然，也会在你的本机上安装Memcached，如何通过telnet与Memcached交互工作。接着，创建一个”Hello Memcached”Java客户端程序。你会了解如何利用Memcached减少数据库服务器负载，缓存动态生成的页面标记。最后，考虑对spymemcached客户端做一些高级优化配置。

Memcached以及Java缓存架构总览

像EHCache和OSCache这样的Java缓存框架，本质上是存在于应用代码中的HashMap对象。无论何时添加一个新的对象到缓存中，它都保存在你的应用内存中。保存少量数据时，这个策略是没有问题的，但缓存超过GB的数据就有问题了。Memcached服务器的设计者采用一种分布式架构，这种方式便于扩展，因此，可以利用Memcached做海量数据缓存。

Memcached架构包含两部分。首先是一个拥有自身进程的Memcached服务器软件。倘若你想扩展你的应用，可以在其它机器上运行Memcached服务器软件。Memcached服务器软件实例相互独立。Memcached系统的第二部分是Memcached客户端，它确切地知道每台服务器的存在。客户端负责获取缓存录入对应的服务器，以及存储或者获得缓存录入——这一过程，稍后我会做详细地讨论。

如果曾经开发过Java EE 网络应用，你一定用过EHCache或者OSCache之类的Java开源缓存框架。你或许用过DynaCache或者JBoss Cache这样的商业缓存框架作为应用服务器的一部分。在我们亲手实践本教程之前，明白Memcached与那些传统Java缓存框架的不同之处是很重要的。

使用传统的Java缓存

无论选择开源或者是商业方案，使用传统Java缓存架构是很容易。使用类似EHCache或者OSCache这种开源的框架，你需要下载二进制文件，添加必须的JAR文件到你的应用classpath下。同样，你需要创建配置文件，配置缓存、交换分区的大小。由于缓存框架需要与软件绑定，而缓存框架通常会与应用服务器绑定，所以无需下载任何额外的JAR文件。

图1 传统的Java缓存架构

在为你的应用程序添加缓存框架之后，通过创建CacheManager对象获取和设置其中的缓存条目（entry）。这样，你的应用和缓存框架创建的CacheManager会在相同的JVM上运行。每次增加缓存条目，此对象会添加到由缓存框架维护某类哈希表中。

一旦你的应用服务器软件运行在多个节点上，你可能需要支持分布式缓存。在分布式缓存系统中，一旦在AppServer1中添加了某个对象，在AppServer2和AppServer3上此对象也变为可用。传统的Java缓存使用复制（replication）实现分布式缓存，这意味着当你为AppServer1添加一个缓存条目，该条目会自动复制到系统的其它应用服务器上。最终，条目会在所有的站点中可用。

使用Memcached

要使用Memcached进行缓存，必须下载并在你的平台上安装Memcached服务器软件。一旦Memcached服务器安装成功，它会通过TCP或者UDP端口监听缓存调用。

图2 Memcached架构

接着，下载一个JavaMemcached客户端，把客户端JAR文件添加到你的应用中。然后创建一个Memcached客户端对象，就可以调用它的方法获取和设置缓存条目。一旦添加某个对象到缓存中，Memcached客户端会获取该对象、对其序列化并发送字节数组到Memcached服务端保存。这时，缓存对象可能被应用运行的JVM作为垃圾回收。

当你需要缓存对象时，可以调用Memcached客户端的 get() 方法。客户端会得到这个get请求、序列化并将get请求传给Memcached服务器。Memcached服务器通过该请求从缓存中查找这个对象。如果存有此对象，服务器会把这个字节数组返回给客户端。客户端收到字节数组，反序列化并创建对象返回给你的应用。

即使你的应用跑在不止一个应用服务器上，所有的应用都能指向相同的Memcached服务器，通过它获取并设置缓存条目。倘若你拥有不止一台Memcached服务器，服务器互相之间不会知道。因此，你需要配置Memcached客户端，这样它就能知道所有Memcached服务器。比如，应用在AppServer1创建一个Java对象，接着调用Memcached的 set() 方法，Memcached客户端就找到某个Memcached服务器来存放条目。接着它只和此台Memcached服务器通信。同样，一旦存在于AppServer2或者Appserver3的代码尝试去获取某个录入时，Memcached客户端首先会找出哪个服务器存储了此条目，接着只与此服务器通信。

Memcached客户端逻辑

在缺省状态下，Memcached客户端使用非常简单的逻辑选择服务器进行get或set操作。一旦调用get()或者set()，客户端就会得到缓存键（key）调用hashcode()方法得到整数值，比如11。接着用这个数除以Memcached服务器可用数量（比如2），本例中得到的余数为1。缓存条目就会指向Memcached服务器1。这个简单的算可以确保应用服务器所在的Memcached客户端为给定的缓存键选择相同的服务器。

Memcached安装

Memcached可以运行在Unix、Linux、windows以及MacOSX上。你可以下载Memcached源码编译，或者直接下载编译好的二进制文件安装Memcached。这里我会展示为特定平台下载二进制文件的安装过程。如果你更倾向于编译，请参见这里。

接下来的安装指令针对Windows XP 32位机器，若平台是linux等其它平台，查看这里。注意本文案例代码是在Windows XP 32位机器上开发的，不过是可以在其它平台上运行。

1. Jellycan code是一个Memcached修订版本，更易用更有效，我们先从下载win32二进制压缩文件开始。
2. 解压Memcached-<versionnumber>-win32-bin.zip，注意里面包含memcached.exe，执行此文件完成服务器搭建。
3. 使用 memcached.exe -d install 注册memcached.exe作为系统服务，你可以在服务控制台开启或者停止Memcached服务器。

当你在缺省状态下执行memcached.exe，Memcached服务器默认占用64兆内存，监听11211端口。在某些情形下，或许你想做一些更加细粒度的控制。比如，端口11211被本机其他进程占用，你希望Memcached可以监听端口12000；或者你想在质量保证或者生产环境中搭建Memcached服务器，需要的默认内存不止64兆。你可以通过命令行参数定制服务器行为。运行memcache.exe -help命令会获取所有的命令行选项，如下图3所示。

图3 Memcached服务器命令行选项

通过Telnet与Memcached交互

一旦Memcached服务器开始监听你指定的端口，Memcached客户端就可以通过TCP或者UDP端口与之连接，发送命令或者接受响应，最后关闭连接。

连接Memcached服务器方式有多种，我会在本教程的第二部分采用Java客户端连接，你将能够利用简单的API从缓存中存储或者获取对象。或者你可以采用Telnet客户端直接与服务器连接。懂得利用Telnet客户端与Memcached服务器交互对调试Java客户端很重要，因此我们就从这里开始。

Telnet命令

首先你需要用Telnet客户端连接Memcached服务器。在WindowsXP平台上，如果Memcached服务器也运行在这台机器上并缺省监听端口11211，只要执行telnet localhost 11211。接下来的命令对Telnet管理Memcached很重要：

• set添加一个新的项目到缓存中，使用格式是 Set <keyName> <flags> <expiryTime> <bytes>，你可以将敲入的值存入下一行。倘若不想缓存录入过期，可以输入0。
• get返回缓存键的值，调用get <keyName>获得keyName的值。
• add添加一个新的键，前提是此键之前并不存在，比如add <keyName> <flags> <expiryTime> <bytes>。
• replace会替代某个键的值，前提是此键已存在，比如replace <keyName> <flags> <expiryTime> <bytes>。
• delete删除某个键的缓存录入，调用delete <keyName>删除keyName的值。

图4的截图展示了通过Telnet与Memcached服务器交互案例。正如你所看到的，Memcached服务器会对每个命令做出回应，比如STORED、NOT_STORED等。

图4 Telnet客户端与Memcached服务器交互案例

第一部分结语

到此，我们简要地讨论了Memcached分布式框架和众多传统Java缓存系统。在你的开发环境中安装了Memcached，通过Telnet连接Memcached。教程的下一篇中，我们将调用Java客户端sypmemcached命令，为一个Java示例应用建立分布式缓存方案。在此过程中，你会了解更多关于Memcached的信息，以及如何提升你的JavaEE应用性能。