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应用 memcached 提升站点性能

2014年03月06日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2420字 ⁄ 字号 评论关闭

简介

memcached 常被用来加速应用程序的处理,在这里,我们将着重于介绍将它部署于应用程序和环境中的最佳实践。这包括应该存储或不应存储哪些、如何处理数据的灵活分布以及如何调节用来更新 memcached 和所存储数据的方法。我们还将介绍对高可用性的解决方案的支持,比如 IBM WebSphere® eXtreme Scale。

所有的应用程序,特别是很多 web 应用程序都需要优化它们访问客户机和将信息返回至客户机的速度。可是,通常,返回的都是相同的信息。从数据源(数据库或文件系统)加载数据十分低效,若是每次想要访问该信息时都运行相同的查询,就尤显低效。

虽然很多 web 服务器都可被配置成使用缓存发回信息,但那与大多数应用程序的动态特性无法相适。而这正是 memcached 的用武之地。它提供了一个通用的内存存储器,可保存任何东西,包括本地语言的对象,这就让您可以存储各种各样的信息并可以从诸多的应用程序和环境访问这些信息。

基础知识

memcached 是一个开源项目,旨在利用多个服务器内的多余 RAM 来充当一个可存放经常被访问信息的内存缓存。这里的关键是使用了术语缓存:memcached 为加载自他处的信息提供的是内存中的暂时存储。

比如,考虑这样一个典型的基于 web 的应用程序。即便是一个动态网站可能也会有一些组件或信息常量是贯穿页面整个生命周期的。在一个博客站点内,针对单个 blog post 的类别列表不大可能在页面查看间经常性地变更。每次都通过一个对数据库的查询加载此信息相对比较昂贵,特别是在数据没有更改的情况下,就更是如此。从图 1 可以看到一个博客站点内可被缓存的页面分区。

图1. 一个典型的博客页面内的可缓存元素

此图显示了可缓存的 blog 元素及其布局:顶部是 Page Header,左边是当前的 Current post lists,右边是 About、Post History、External Links 和 Category list 

将这种结构放在 blog 站点的其他元素,poster 信息、注释 — 设置 blog post 本身 — 进行推断,可以看出为了显示主页的内容很可能需要发生 10-20 次数据库查询和格式化。 每天对数百甚至数千的的页面查看重复此过程,那么您的服务器和应用程序执行的查询要远远多于为了显示页面内容所需执行的查询。

通过使用 memcached,可以将加载自数据库的格式化信息存储为一种可直接用在 Web 页面上的格式。并且由于信息是从 RAM 而不是通过数据库和其他处理从磁盘加载的,所以对信息的访问几乎是瞬时的。

再强调一下,memcached 是一个用来存储常用信息的缓存,有了它,您便无需从缓慢的资源,比如磁盘或数据库,加载并处理信息了。

对 memcached 的接口是通过网络连接提供的。这意味着您可以在多个客户机间共享单个的 memcached 服务器(或多个服务器,如本文稍后所示的)。这个网络接口非常迅速,并且为了改善性能,服务器会故意不支持身份验证或安全性通信。但这不应限制部署选项。memcached 服务器应该存在于您网络的内部。网络接口的实用性以及可以部署多个 memcached 实例的简便性让您可以使用多个机器上的多余 RAM 来提高您缓存的整体大小。

memcached 的存储方法是一个简单的键/值对,类似于很多语言内的散列或关联数组。通过提供键和值来将信息存储到 memcached 内,通过按特定的键请求信息来恢复信息。

信息会无限期地保留在缓存内,除非发生如下的情况:

  1. 为缓存分配的内存耗尽 — 在这种情况下,memcached 使用 LRU(最近最少使用)方法从此缓存删除条目。最近未曾使用的条目会从此缓存中先删除,最旧的最先访问。
  2. 条目被明确删除 — 总是可以从此缓存内删除条目。
  3. 条目过期失效 — 各条目均有一个有效的期限以便针对此键存储的信息在过于陈旧时可从缓存中清除这些条目。

上述这些情况可以与您应用程序的逻辑综合使用以便确保缓存内的信息是最新的。有了这些基础知识后,让我们来看看在应用程序内如何能最好地利用 memcached。

memcached 另一个需要重点考虑的因素是如何组织和命名存储在缓存内的这些数据。从之前博客站点的例子中,不难看出需要使用一种一致的命名结构以便您能加载博客类别、历史和其他信息,然后再在加载信息(并更新缓存)时或者在更新数据(同样也要更新缓存)时使用。

使用的何种具体的命名系统特定于应用程序,但通常可以使用一种与现有应用程序类似的结构,并且这种结构很可能基于某种惟一识别符。当从数据库拉出信息或在整理信息集时,就会发生这种情况。

以 blog post 为例,可以在一个具有键 category-list 的项中存储类别列表。与此 post ID 对应的单个 post,比如 blogpost-29 相关的值都可以使用,而该项的注释则可以存储在 blogcomments-29 内,其中 29 就是这个
blog post 的 ID。这样一来, 您就可以将各种各样的信息存储在缓存内,使用不同的前缀来标识这些信息。

memcached 键/值存储的简便性(以及安全性的缺乏)意味着如果您想要在使用同一个 memcached 服务器的同时支持多个应用程序,那么就可以考虑使用其他格式的量词来标识数据属于某种特定的应用程序。比如,可以添加像 blogapp:blogpost-29 这样的应用程序前缀。这些键是没有格式的,所以可以使用任何字符串作为键的名称。

在存储值的方面,应该确保存储在缓存内的信息适合于您的应用程序。比如,对于这个博客系统,您可能想要存储被博客应用程序使用的对象以便格式化博客信息,而不是原始的 HTML。如果同一个基础结构用在应用程序内的多个地方,这一点更具实用性。

大多数语言的接口,包括 Java™、Perl、PHP 等,都能串行化语言对象以便存储在 memcached 内。这就让您可以存储并随后从内存存储恢复全部对象,而不是在您的应用程序内手动重构它们。 很多对象,或它们使用的结构,都基于某种散列或数组结构。对于跨语言的环境,比如在 JSP 环境和 JavaScript 环境间共享相同信息,可以使用一种架构中立的格式,比如 JavaScript Object Notation 

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