什么是Memcache？
Memcache集群环境下缓存解决方案
Memcache是一个高性能的分布式的内存对象缓存系统，通过在内存里维护一个统一的巨大的hash表，它能够用来存储各种格式的数据，包括图像、视频、文件以及数据库检索的结果等。简单的说就是将数据调用到内存中，然后从内存中读取，从而大大提高读取速度。
Memcache是danga的一个项目，最早是LiveJournal 服务的，最初为了加速 LiveJournal 访问速度而开发的，后来被很多大型的网站采用。
Memcached是以守护程序方式运行于一个或多个服务器中，随时会接收客户端的连接和操作
为什么会有Memcache和memcached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，知道我的意思了吧。一个是项目名称，一个是主程序文件名，在网上看到了很多人不明白，于是混用了。
Memcached是高性能的，分布式的内存对象缓存系统，用于在动态应用中减少数据库负载，提升访问速度。Memcached由Danga Interactive开发，用于提升LiveJournal.com访问速度的。LJ每秒动态页面访问量几千次，用户700万。Memcached将数据库负载大幅度降低，更好的分配资源，更快速访问。
这篇文章将会涉及以下内容：
Memcache
Memcache is an in-memory key-value store for small chunks of arbitrary data (strings, objects) from results of databasecalls, API calls, or page rendering.
即内存缓存数据库，是一个键值对数据库。该数据库的存在是为了将从其他服务中获取的数据暂存在内存中，在重复访问时可以直接从命中的缓存中返回。既加快了访问速率，也减少了其他服务的负载。这里将实现一个单服务器版本的Memcache，并且支持多个客户端的同时连接。
客户端将与服务器建立telnet连接，然后按照Memcache协议与服务器缓存进行交互。这里实现的指令为get，set和del。先来看一下各个指令的格式
set
set属于存储指令，存储指令的特点时，第一行输入基本信息，第二行输入其对应的value值。
set <key> <flags> <exptime> <bytes> [noreply]\r\n
<value>\r\n
如果存储成功，将会返回STORED，如果指令中包含noreply属性，则服务器将不会返回信息。
该指令中每个域的内容如下：
如果指令不符合标准，服务器将会返回ERROR。
get
get属于获取指令，该指令特点如下：
get <key>*\r\n
它支持传入多个key的值，如果缓存命中了一个或者多个key，则会返回相应的数据，并以END作为结尾。如果没有命中，则返回的消息中不包含该key对应的值。格式如下：
VALUE <key> <flags> <bytes>\r\n <data block>\r\n VALUE <key> <flags> <bytes>\r\n <data block>\r\n END del
删除指令，该指令格式如下：
del <key> [noreply]\r\n
如果删除成功，则返回DELETED\r\n，否则返回NOT_FOUND。如果有noreply参数，则服务器不会返回响应。
JAVA SOCKET
JAVA SOCKET需要了解的只是包括TCP协议，套接字，以及IO流。这里就不详细赘述，可以参考我的这系列文章，也建议去阅读JAVA Network Programming。一书。
代码实现
这里贴图功能出了点问题，可以去文末我的项目地址查看类图。
这里采用了指令模式和工厂模式实现指令的创建和执行的解耦。指令工厂将会接收commandLine并且返回一个Command实例。每一个Command都拥有execute方法用来执行各自独特的操作。这里只贴上del指令的特殊实现。
/**
* 各种指令
* 目前支持get，set，delete
*
* 以及自定义的
* error，end
*/
public interface Command {
/**
* 执行指令
* @param reader
* @param writer
*/
void execute(Reader reader, Writer writer);
/**
* 获取指令的类型
* @return
*/
CommandType getType();
}
/**
* 指令工厂 单一实例
*/
public class CommandFactory {
private static CommandFactory commandFactory;
private static Cache<Item> memcache;
private CommandFactory(){}
public static CommandFactory getInstance(Cache<Item> cache) {
if (commandFactory == null) {
commandFactory = new CommandFactory();
memcache = cache;
}
return commandFactory;
}
/**
* 根据指令的类型获取Command
* @param commandLine
* @return
*/
public Command getCommand(String commandLine){
if (commandLine.matches("^set .*$")){
return new SetCommand(commandLine, memcache);
}else if (commandLine.matches("^get .*$")){
return new GetCommand(commandLine, memcache);
}else if (commandLine.matches("^del .*$")){
return new DeleteCommand(commandLine, memcache);
}else if (commandLine.matches("^end$")){
return new EndCommand(commandLine);
}else{
return new ErrorCommand(commandLine, ErrorCommand.ErrorType.ERROR);
}
}
}
/**
* 删除缓存指令
*/
public class DeleteCommand implements Command{
private final String command;
private final Cache<Item> cache;
private String key;
private boolean noReply;
public DeleteCommand(final String command, final Cache<Item> cache){
this.command = command;
this.cache = cache;
initCommand();
}
private void initCommand(){
if (this.command.contains("noreply")){
noReply = true;
}
String[] info = command.split(" ");
key = info[1];
}
@Override
public void execute(Reader reader, Writer writer) {
BufferedWriter bfw = (BufferedWriter) writer;
Item item = cache.delete(key);
if (!noReply){
try {
if (item == null){
bfw.write("NOT_FOUND\r\n");
}else {
bfw.write("DELETED\r\n");
}
bfw.flush();
} catch (IOException e) {
try {
bfw.write("ERROR\r\n");
bfw.flush();
} catch (IOException e1) {
e1.printStackTrace();
}
e.printStackTrace();
}
}
}
@Override
public CommandType getType() {
return CommandType.SEARCH;
}
}
然后是实现内存服务器，为了支持先进先出功能，这里使用了LinkedTreeMap作为底层实现，并且重写了removeOldest方法。同时还使用CacheManager的后台线程及时清除过期的缓存条目。
public class Memcache implements Cache<Item>{
private Logger logger = Logger.getLogger(Memcache.class.getName());
//利用LinkedHashMap实现LRU
private static LinkedHashMap<String, Item> cache;
private final int maxSize;
//负载因子
private final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
public Memcache(final int maxSize){
this.maxSize = maxSize;
//确保cache不会在达到maxSize之后自动扩容
int capacity = (int) Math.ceil(maxSize / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1;
this.cache = new LinkedHashMap<String, Item>(capacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR, true){
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String,Item> eldest) {
if (size() > maxSize){
logger.info("缓存数量已经达到上限，会删除最近最少使用的条目");
}
return size() > maxSize;
}
};
//实现同步访问
Collections.synchronizedMap(cache);
}
public synchronized boolean isFull(){
return cache.size() >= maxSize;
}
@Override
public Item get(String key) {
Item item = cache.get(key);
if (item == null){
logger.info("缓存中key:" + key + "不存在");
return null;
}else if(item!=null && item.isExpired()){ //如果缓存过期则删除并返回null
logger.info("从缓存中读取key:" + key + " value:" + item.getValue() + "已经失效");
cache.remove(key);
return null;
}
logger.info("从缓存中读取key:" + key + " value:" + item.getValue() + " 剩余有效时间" + item.remainTime());
return item;
}
@Override
public void set(String key, Item value) {
logger.info("向缓存中写入key:" + key + " value:" + value);
cache.put(key, value);
}
@Override
public Item delete(String key) {
logger.info("从缓存中删除key:" + key);
return cache.remove(key);
}
@Override
public int size(){
return cache.size();
}
@Override
public int capacity() {
return maxSize;
}
@Override
public Iterator<Map.Entry<String, Item>> iterator() {
return cache.entrySet().iterator();
}
}
/**
* 缓存管理器
* 后台线程
* 将cache中过期的缓存删除
*/
public class CacheManager implements Runnable {
private Logger logger = Logger.getLogger(CacheManager.class.getName());
//缓存
public Cache<Item> cache;
public CacheManager(Cache<Item> cache){
this.cache = cache;
}
@Override
public void run() {
while (true){
Iterator<Map.Entry<String, Item>> itemIterator = cache.iterator();
while (itemIterator.hasNext()){
Map.Entry<String, Item> entry = itemIterator.next();
Item item = entry.getValue();
if(item.isExpired()){
logger.info("key:" + entry.getKey() + " value" + item.getValue() + " 已经过期，从数据库中删除");
itemIterator.remove();
}
}
try {
//每隔5秒钟再运行该后台程序
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
最后是实现一个多线程的Socket服务器，这里就是将ServerSocket绑定到一个接口，并且将accept到的Socket交给额外的线程处理。
/**
* 服务器
*/
public class IOServer implements Server {
private boolean stop;
//端口号
private final int port;
//服务器线程
private ServerSocket serverSocket;
private final Logger logger = Logger.getLogger(IOServer.class.getName());
//线程池，线程容量为maxConnection
private final ExecutorService executorService;
private final Cache<Item> cache;
public IOServer(int port, int maxConnection, Cache<Item> cache){
if (maxConnection<=0) throw new IllegalArgumentException("支持的最大连接数量必须为正整数");
this.port = port;
executorService = Executors.newFixedThreadPool(maxConnection);
this.cache = cache;
}
@Override
public void start() {
try {
serverSocket = new ServerSocket(port);
logger.info("服务器在端口"+port+"上启动");
while (true){
try {
Socket socket = serverSocket.accept();
logger.info("收到"+socket.getLocalAddress()+"的连接");
executorService.submit(new SocketHandler(socket, cache));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} catch (IOException e) {
logger.log(Level.WARNING, "服务器即将关闭...");
e.printStackTrace();
} finally {
executorService.shutdown();
shutDown();
}
}
/**
* 服务器是否仍在运行
* @return
*/
public boolean isRunning() {
return !serverSocket.isClosed();
}
/**
* 停止服务器
*/
public void shutDown(){
try {
if (serverSocket!=null){
serverSocket.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 处理各个客户端的连接
* 在获得end指令后关闭连接s
*/
public class SocketHandler implements Runnable{
private static Logger logger = Logger.getLogger(SocketHandler.class.getName());
private final Socket socket;
private final Cache<Item> cache;
private boolean finish;
public SocketHandler(Socket s, Cache<Item> cache){
this.socket = s;
this.cache = cache;
}
@Override
public void run() {
try {
//获取socket输入流
final BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
//获取socket输出流
final BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
CommandFactory commandFactory = CommandFactory.getInstance(cache);
while (!finish){
final String commandLine = reader.readLine();
logger.info("ip:" + socket.getLocalAddress() + " 指令:" + commandLine);
if (commandLine == null || commandLine.trim().isEmpty()) {
continue;
}
//使用指令工厂获取指令实例
final Command command = commandFactory.getCommand(commandLine);
command.execute(reader, writer);
if (command.getType() == CommandType.END){
logger.info("请求关闭连接");
finish = true;
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
logger.info("关闭来自" + socket.getLocalAddress() + "的连接");
} finally {
try {
if (socket != null){
socket.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
项目地址请戳这里，如果觉得还不错的话，希望能给个星哈><
参考资料
memcached官网
memcache协议
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持亿速云。
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