一、什么是缓存

缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速率很快。

从性能分析：

CPU缓存>内存>磁盘>数据库

从性能来看内存是介于CPU和磁盘，在实际中内存是CPU和磁盘的桥梁。buffer和cache是内存的不同的体现，接下来简单分析对buffer和cache的理解。

1.1 buffer和cache

1.1.1 buffer：

A buffer is something that has yet to be “written” to disk.翻译过来就是：buffer就是写入到磁盘。 buffer是为了提高内存和硬盘（或其他I/O设备）之间的数据交换的速度而设计的。buffer将数据缓冲下来，解决速度慢和快的交接问题；速度快的需要通过缓冲区将数据一点一点传给速度慢的区域。例如：从内存中将数据往硬盘中写入，并不是直接写入，而是缓冲到一定大小之后刷入硬盘中。

1.1.2 cache：

A cache is something that has been “read” from the disk and stored for later use.翻译过来就是： cache就是从磁盘读取数据然后存起来方便以后使用。cache实现数据的重复使用，速度慢的设备需要通过缓存将经常要用到的数据缓存起来，缓存下来的数据可以提供高速的传输速度给速度快的设备。例如：将硬盘中的数据读取出来放在内存的缓存区中，这样以后再次访问同一个资源，速度会快很多。

1.1.3 buffer和cache的特点

共性： 都属于内存，数据都是临时的，一旦关机数据都会丢失。
差异：(先理解前两点，后两点有兴趣可以了解)
A.buffer是要写入数据；cache是已读取数据。
B.buffer数据丢失会影响数据完整性，源数据不受影响；cache数据丢失不会影响数据完整性，但会影响性能。
C.一般来说cache越大，性能越好，超过一定程度，导致命中率太低之后才会越大性能越低。buffer来说，空间越大性能影响不大，够用就行。cache过小，或者没有cache，不影响程序逻辑（高并发cache 过小或者丢失导致系统忙死除外）。buffer过小有时候会影响程序逻辑，如导致网络丢包。
D.cache可以做到应用透明，编写应用的可以不用管是否有cache，可以在应用做好之后再上cache。当然开发者显式使用cache也行。buffer需要编写应用的人设计，是程序的一部分。

1.2 linux系统如何查看内存的缓存

1.2.1 cat /proc/meminfo

查看动态更新的虚拟文件。内容比较全面，可以查看到许多关于内存的信息。

1.2.2 free 快速查看内存的方法

也是经常使用的命令。-h 更人性化的显示内存的单位 -m 以M的形式显示

1.2.3 top

top命令提供了实时的运行中的程序的资源使用统计。可以根据内存的使用和大小来进行排序。

退出top命令直接Ctrl+C

快捷键：shift+m 按内存利用率排序 shift+p 按cpu利用率排序

1.2.3 sar

Linux统计/监控工具sar详细介绍：要判断一个系统瓶颈问题，有时需要几个 sar 命令选项结合起来使用：

例如：

怀疑CPU存在瓶颈，可用 sar -u 和 sar -q deng 等来查看
怀疑内存存在瓶颈，可用 sar -B、 sar -r 和 sar -W 等来查看
怀疑I/O存在瓶颈，可用 sar -b、sar -u 和 sar -d 等来查看

二、memcached简介

Memcached 是 LiveJournal 旗下 Danga Interactive 公司的布拉德•菲茨帕特里克（BradFitzpatric）开发的一款内存数据库，现在已被应用于 Facebook、LiveJournal 等公司用于提高 Web 服务质量。 目前这款软件流行于全球各地，经常被用来建立缓存项目，并以此分担来自传统数据库的并发负载压力。

Memcached 可以轻松应对大量同时出现的数据请求，而且它拥有独特的网络结构，在工作机制方面，它还可以在内存中单独开辟新的空间，建立 HashTable，并对 HashTable 进行有效的管理。

Memcached 是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，用于动态Web应用以减轻数据库负载。它通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数，从而提高动态、数据库驱动网站的速度。

Memcached基于一个存储键/值对的hashmap。其守护进程（daemon ）是用C写的，但是客户端可以用任何语言来编写，并通过memcached协议与守护进程通信。

官方网站地址：https://memcached.org/

官方介绍： memcached is a high-performance, distributed memory object caching system, generic in nature, but originally intended for use in speeding up dynamic web applications by alleviating database load.

memcached是一种高性能、分布式内存对象缓存系统，本质上是通用的，但最初旨在通过减轻数据库负载来加速动态web应用程序。

2.1 memcache与memcached

我们有时会见到 Memcache 和 Memcached 两种不同的说法，为什么会有两种名称？

其实 Memcache 是这个项目的名称，而 Memcached 是它服务器端的主程序文件名。一个是项目名称，另一个是主程序文件名。

memcached是一种缓存技术，将数据放入内存，从而通过内存访问提速，因为内存是最快的， memcached的主要目的是提速。

在memcached中维护了一张大的hashtable表，该表在内存中，表的结构是key和value；

memcached的key一般是字符串，不能重复 memcached的value可以放入(字符串，数值，数组，对象，布尔，二进制数据，图片和视频)

2.2主要解决如下问题

由于网站的高并发读写和对海量数据的处理需求，传统的关系型数据库开始出现瓶颈。

对数据库的高并发读写

关系型数据库本身就是个庞然大物，处理过程非常耗时（如解析 SQL 语句、事务处理等）。如果对关系型数据库进行高并发读写（每秒上万次的访问），数据库系统是无法承受的。

对海量数据的处理

对于大型的 SNS(Social Network Service) 网站（如 Twitter、新浪微博），每天有上千万条的数据产生。对关系型数据库而言，如果在一个有上亿条数据的数据表中查找某条记录，效率将非常低。使用 Memcached 就能很好地解决以上问题

2.3 Memcached数据库特点

memcached作为高速运行的分布式缓存服务器，具有以下的特点。

协议简单
使用基于文本行的协议,能直接通过telnet在Memcached服务器上存取数据，实现比较简单
基于libevent的事件处理
libevent是基于C开发的程序库，Memcached利用这个库进行异步事件处理
内置内存存储方式
Memcached有一套自己的管理内存方式，而且非常高效，所有数据都保存在Memcached内置的内存中，当存入的数据占满空间时，会使用LRU算法来清除不使用的缓存数据，从而来重用过期数据的内存空间，但重启服务器数据将丢失
memcached不互相通信的分布式
各个Memcached服务器之间互不通信，都是独立存取数据，通过客户端的设计让其具有分存式特点，支持大量缓存和大规模应用

三、Memcached 安装

yum安装（推荐）

Linux系统安装memcached，首先要先安装依赖库。
yum install gcc gcc-c++ libevent-devel
然后使用如下命令安装（仅限Redhat/Fedora/Centos）
yum install memcached -y

四、Memcached 运行

（1）作为前台程序运行：

从终端输入以下命令，启动memcached:
 memcached -u root -p 11211 -m 64m -vv
这里显示了调试信息。这样就在前台启动了memcached，监听TCP端口11211，最大内存使用量为 64M。调试信息的内容大部分是关于存储的信息。

（2）作为后台服务程序运行：

不指定IP运行：
 memcached -p 11211 -m 64m -d -u root
指定IP和PID存放位置运行：
memcached -d -m 64M -u root -l 192.168.0.200 -p 11211 -c 256 -P /tmp/memcached.pid

五、Memcached 的特征

Memcached 作为高速运行的分布式缓存服务器，具有以下特点。

协议简单
Memcached 的服务器客户端通信并不使用复杂的.xml等格式，而是使用简单的基于文本行的协议。
Memcached 连接
因此，通过 telnet 也能在 Memcached 上保存数据、取得数据。以下为示例代码:
telnet localhost 11211
Connected to localhost.localdomain(127.0.0.1).
Escape character is '^]'.
set foo 0 0 3 (保存命令)
bar (数据)
STORED (结果)
get foo (取得命令)
VALUE foo 0 3 (数据）
bar (数据)

六、Memcached之应用实例配置

1、应用实例配置

1）基础环境配置，三台服务器最好都做

①关闭防火墙：
systemctl stop firewalld

systemctl disable firewalld

sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

setenforce 0
②同步时间：
yum -y install ntp ntpdate
ntpdate cn.pool.ntp.org
hwclock --systohc
③环境规划：

IP地址环境
192.168.198.142 memcache
192.168.198.147 web
192.168.198.148 mysql

2）web服务器配置

在web服务器192.168.198.147 上安装软件，启动服务

卸载系统默认的mysql版本
rpm -e mariadb-libs postfix
安装数据库软件，如果是克隆过来的因为已经安装过了则不需要安装；

过程略，如果没有安装参考之前的mysql博客进行安装；

安装lnmp环境
yum install httpd php php-gb php-mysql php-memcache
启动apache服务
systemctl restart httpd

sysstemctl enable httpd
3）mysql数据库服务器配置

在mysql服务端创建用户（192.168.198.148）

mysql8.0中默认的身份认证插件是caching_sha2_password,替代了之前的
mysql_navtive_password，并且设置用户的host范围为%，使所有主机都可以连接
create user 'memcache'@'%' identified by 'Nebula@123';

ALTER USER'memcache'@'%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY 'Nebula@123';

flush privileges;
检查mysql用户表中有刚才创建的用户信息
select user,host,plugin from mysql.user;
4) web服务器测试

(web服务器上)测试http功能，如下图则正常
 vim /var/www/html/index.html
测试PHP测试功能
vim /var/www/html/index.php  
<?php
phpinfo();
?>
5) 在web服务器上测试mysql服务器是否连接成功

在web服务器（192.168.198.147）上编写下面的文件：
vim /var/www/html/mysql.php
<?php
$link=mysql_connect('192.168.198.148','memcache','Nebula@123');

if($link) echo "Success!!";
else echo "Fail!!";
mysql_close();
?>
写完之后保存退出；

然后浏览器上连接你的web服务器IP；显示Success！！成功连接mysql服务器。

6）memcache 服务配置及测试

安装启动略（未安装参考之前的安装方法）测试略，只要保证服务正常启动并能正常访问就可

7）实例功能测试

①测试web和memcache的连通性

如果你是使用后台开启的memcache服务，就不用杀死

②Web服务器（192.168.42.30）做代码测试

这里的IP地址为memcached端，和他的端口号
<?php
$memcache = new Memcache;
$memcache->connect('192.168.198.142', 11211) or die ("Could not connect");
$version = $memcache->getVersion();
echo "Server's version: ".$version."
";
$tmp_object = new stdClass;
$tmp_object->str_attr = 'test';
$tmp_object->int_attr = 123;
$memcache->set('key', $tmp_object, false, 10) or die ("Failed to save data at the server");
echo "Store data in the cache (data will expire in 10 seconds)
";
$get_result = $memcache->get('key');
echo "Data from the cache:
";
var_dump($get_result);
?>
③ 在web服务器下配置session（web端192.168.198.147）：
 vim /etc/php.ini
session.save_handler = memcache
session.save_path ="tcp://192.168.42.29:11211?
persistent=1&weight=1&timeout=1&retry_interval=15"
④ 测试memcached的可用性：
 vim /var/www/html/memcache1.php
<?php
session_start();
if (!isset($_SESSION['session_time']))
{
 $_SESSION['session_time'] = time();
}
echo "session_time:".$_SESSION['session_time']."
";
echo "now_time:".time()."
";
echo "session_id:".session_id()."
";
?>
⑤ 在mysql服务器(192.168.198.148)上创建测试数据库：
create database testab1;


use testab1;

create table test1(id int not null auto_increment,name varchar(20) default null,primary key(id))
engine=innodb auto_increment=1 default charset=utf8;

insert into test1(name) values ('tom1'),('tom2'),('tom3'),('tom4'),('tom5');
⑥ 对memcache用户赋予库testab1的查看权限
grant select on testab1.* to memcache@'%';

show grants for memcache@'%';
⑦ 在web服务器上创建下面的文件：
vim /var/www/html/memcache2.php
$key=md5($query);
if(!$memcache->get($key))
{
 $conn=mysql_connect("192.168.198.148","memcache","Nebula@123"); //数据库节点，地址，用户，密码
 mysql_select_db(testab1);
 $result=mysql_query($query);
 while ($row=mysql_fetch_assoc($result))
 {
 $arr[]=$row;
 }
 $f = 'mysql';
 $memcache->add($key,serialize($arr),0,30);
 $data = $arr ;
}
else{
 $f = 'memcache';
 $data_mem=$memcache->get($key);
 $data = unserialize($data_mem);
}
echo $f;
echo "";
echo "$key";
echo "";
//print_r($data);
foreach($data as $a)
{
echo "number is $a[id]";
echo "";
echo "name is $a[name]";
echo "";
}
?>
注意：memcached有个缓存时间默认是1分钟，过了一分钟后，memcached需要重新从数据库中取得数据