Memcached内存缓存系统概述 | AI生成和翻译

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什么是 Memcached？

Memcached 是一款开源的高性能分布式内存对象缓存系统。它主要通过将数据库查询结果、API 响应或其他计算密集型数据缓存在内存中，来加速动态 Web 应用程序（例如使用 CodeIgniter 等 PHP 框架构建的应用）。这减轻了数据库的负载并提升了应用响应速度。它并非完整的数据库，而是专为临时数据存储设计的简易键值存储系统。

Memcached 工作原理

Memcached 以后台守护进程的形式运行在一台或多台服务器上，通常通过类似 memcached -p 11211 -m 64 的命令启动（指定端口和内存限制）。其简要工作流程如下：

  1. 内存存储：数据以键值对形式完全存储在内存中以实现快速访问。单个值最大为 1 MB，键为最长 250 字符的字符串。数据具有易失性——服务器重启时缓存数据会丢失。

  2. 客户端-服务器模型：应用程序（客户端）通过 TCP 或 UDP 协议连接 Memcached。提供的 CodeIgniter 配置片段展示了 PHP 连接本地 Memcached 实例的配置：
    • 主机名：’127.0.0.1’（本地主机，即与应用同服务器）
    • 端口：’11211’（Memcached 默认端口）
    • 权重：’1’（定义集群中服务器优先级，值越高负载越大）
  3. 操作指令：
    • Set：存储键值对，可设置过期时间（例如通过 telnet 执行 set app_name 0 3600 13\n"cached_data"）
    • Get：通过键获取值
    • Delete：通过键删除数据 在集群环境中使用简易哈希算法分配键到各服务器（如采用一致性哈希处理服务器增减）
  4. 数据淘汰与扩展：内存占满时采用 LRU（最近最少使用）策略淘汰旧数据。扩展可通过多服务器实例实现，常借助 moxi 等工具自动发现或外部分片。

其性能峰值可达每秒数百万次操作，但主要针对读多写少场景优化。可使用 memcached-top 等监控工具追踪使用情况。

与 Redis 的对比

虽然 Memcached 和 Redis 都是用于缓存和高速数据访问的内存键值存储系统，但它们在特性、架构和适用场景上存在差异：

对比维度 Memcached Redis
数据类型 简单字符串（仅键值对） 支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合、位图、基数统计等，允许复杂数据结构（如 JSON 对象或计数器）
持久化 无持久化——数据纯内存存储，重启即丢失 支持可选持久化（AOF 日志或 RDB 快照）至硬盘，可实现数据恢复
淘汰策略 仅 LRU 支持 LRU、LFU（最不经常使用）或基于过期时间的淘汰机制
操作指令 基础 set/get/delete/multiget 数千条命令（如发布订阅、事务、Lua 脚本、地理空间查询），支持原子操作如递增
性能表现 简单读写场景稍快（multigets 可提升效率） 整体性能优异，但复杂数据结构会带来轻微开销。基准测试显示在低复杂度纯缓存场景中 Memcached 略占优势
扩展与集群 通过一致性哈希内置扩展；无原生集群（需外部分区） 支持原生集群、主从复制及 Redis Cluster 自动分区
适用场景 理想用于 Web 应用缓存（如会话或查询缓存），如 CodeIgniter 配置中的场景。简单轻量 应用更广：缓存、会话存储、消息队列、实时分析，甚至可作为完整数据库替代方案
内存效率 固定尺寸数据效率高；无压缩功能 对大尺寸数据集更高效，支持压缩选项（Redis 5+）
通信协议 自定义二进制/文本协议 RESP（Redis 序列化协议），错误处理更完善
许可与生态 开源（BSD 许可），广泛用于 LAMP 技术栈 开源（BSD 许可），拥有更庞大的社区生态（如 RedisInsight 工具）

总结来说，基础缓存场景追求简洁高效时选择 Memcached（如示例中的 CodeIgniter 配置）；若需持久化、高级数据类型或发布订阅等功能则选择 Redis。从 Memcached 迁移时，虽然存在 redis-memcached 等兼容层项目，但 Redis 常因其多功能性成为替代选择。对于 CodeIgniter 框架，其配置支持在不同驱动间无缝切换。

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