使用Memcached提高.NET應用程式的性能

在應用程式運行的過程中總會有一些經常需要訪問並且變化不頻繁的資料，如果每次獲取這些資料都需要從資料庫或者外部檔案系統中去讀取，性能肯定會受到影響，所以通常的做法就是將這部分資料緩存起來，只要資料沒有發生變化每次獲取這些資料的時候直接從記憶體中區獲取性能肯定會大大地提高。在.NET中提供了一個Cache類可以實現這些功能。在ASP.NET中可以通過HttpContext 物件的 Cache 屬性或 Page 物件的 Cache 屬性來獲取這個類的實例。 在大部分情況下我們都可以使用Cache類來提高ASP.NET的性能，但是使用Cache類也有一些不足，比如我們不能指定Cache類所佔用的記憶體的大小，此外在Cache中緩存的資料沒有辦法被另一台機器上的應用程式直接訪問，因此在本文中提出另一種資料緩存方案，那就是使用分散式緩存。分散式緩存的特點是緩存的資料不必和應用程式在同一台機器上，從而大大增強了緩存資料的複用性。在本文介紹如何在.NET應用中使用Memcache作為分散式緩存。

Memcached介紹

Memcached 是以LiveJournal 旗下Danga Interactive 公司的Brad Fitzpatric 為首開發的一款軟體。在通常的應用中我們都會將資料保存到資料庫中，每次需要的時候都會從資料庫去查詢這些資料，如果應用程式的使用者很多就會出現大量併發訪問資料庫的情況，這樣就會增加應用程式的回應時間，使用Memcached就可以有效解決這個問題。memcached是高性能的分散式記憶體緩存伺服器。一般的使用目的是，通過緩存資料庫查詢結果，減少資料庫訪問次數，以提高動態Web應用的速度、提高可擴展性。像大名鼎鼎的Facebook網站就使用了Memcached。稍後會提供Windows平臺上32位和64位元的Memcached程式。

為了提高性能，Memcached中的資料都保存在Memcached內置的存儲空間中。因為當Memcached重啟會導致其中的資料全部丟失，所以一般的方案是將資料保存在資料庫中，每次請求資料的時候先查看在Memcached有沒有緩存，如果有就直接從緩存中取出資料；如果沒有，就從資料庫中取出資料返回給應用程式並將請求的資料緩存到Memcached中，這樣一來下次請求相同的資料就可以直接從Memcached中讀取而不用再去查資料庫了；一旦對資料有更新，同時更新資料庫和Memcached。

Memcached是一個命令列視窗程式，可以在命令列視窗中啟動也可以封裝在系統服務中啟動。在啟動Memcached時需要提供一些必須的參數，指定Memcached運行時監聽的埠和最大使用的記憶體大小等。如果緩存的資料大小超過指定記憶體，那麼Memcached就會按照LRU(Least Recently Used)演算法自動“刪除”不使用的緩存（標記為失效），新增的緩存資料就可以使用這些標記為失效的資料所佔用的記憶體，這樣就不用擔心Memcached超出所指定記憶體的問題。此外，為了提高性能，在緩存資料過期後Memcached並不是從實體記憶體中刪除緩存的資料，僅僅在取出改資料的時候檢查它是否已經過了有效期。

目前有多種平臺的Memcached版本，比如Linux、FreeBSD、Solaris (memcached 1.2.5以上版本)、Mac OS X及Windows平臺，在Windows平臺上還有32位和64位版本。

Memcached有一套協定，利用這套協定可以對Memcached進行資料存取和查看Memcached的狀態，很多程式語言都依據這套協議來操作Memcached，比如PHP、Java、C、C++及C#等。

獲取了對應平臺的Memcached版本就可以運行Memcached了。在這裡僅以Windows平臺上的32位Memcached為例。

運行Memcached：

memcached.exe -p 11121 -m 64

上面的命令是運行Memcached，指定它的監聽埠是11121（這是它的默認埠，可以指定為其它大於1024的埠，因為小於1024的埠已經有了預設指定），最大使用記憶體為64m，如果啟用了Windows防火牆，切記要在防火牆上打開這個埠。

在偵錯工具時可以使用下面的命令列來運行：

memcached.exe -p 11121 -m 64 -vv

這樣就會看到如下的結果：

slab class   1: chunk size     88 perslab 11915

slab class   2: chunk size    112 perslab  9362

slab class   3: chunk size    144 perslab  7281

slab class   4: chunk size    184 perslab  5698

slab class   5: chunk size    232 perslab  4519

slab class   6: chunk size    296 perslab  3542

slab class   7: chunk size    376 perslab  2788

slab class   8: chunk size    472 perslab  2221

slab class   9: chunk size    592 perslab  1771

slab class  10: chunk size    744 perslab  1409

slab class  11: chunk size    936 perslab  1120

slab class  12: chunk size   1176 perslab   891

slab class  13: chunk size   1472 perslab   712

slab class  14: chunk size   1840 perslab   569

slab class  15: chunk size   2304 perslab   455

slab class  16: chunk size   2880 perslab   364

slab class  17: chunk size   3600 perslab   291

slab class  18: chunk size   4504 perslab   232

slab class  19: chunk size   5632 perslab   186

slab class  20: chunk size   7040 perslab   148

slab class  21: chunk size   8800 perslab   119

slab class  22: chunk size  11000 perslab    95

slab class  23: chunk size  13752 perslab    76

slab class  24: chunk size  17192 perslab    60

slab class  25: chunk size  21496 perslab    48

slab class  26: chunk size  26872 perslab    39

slab class  27: chunk size  33592 perslab    31
slab class  28: chunk size  41992 perslab    24
slab class  29: chunk size  52496 perslab    19
slab class  30: chunk size  65624 perslab    15
slab class  31: chunk size  82032 perslab    12
slab class  32: chunk size 102544 perslab    10
slab class  33: chunk size 128184 perslab     8
slab class  34: chunk size 160232 perslab     6
slab class  35: chunk size 200296 perslab     5
slab class  36: chunk size 250376 perslab     4
slab class  37: chunk size 312976 perslab     3
slab class  38: chunk size 391224 perslab     2
slab class  39: chunk size 489032 perslab     2
<96 server listening

<112 server listening

<116 send buffer was 8192, now 268435456

<116 server listening (udp)

在用戶端還可以通過telnet來查看和操作Memcached，前提是伺服器端和用戶端都支援Telnet協定，在Windows7和Windows2008中預設都不支援，需要在控制台中安裝和啟用。

首先打開控制台，然後點擊“打開或關閉Windows功能”，如下圖所示：

點擊“打開或關閉Windows功能”之後會看到當前系統啟用的功能的狀態，根據當前機器選擇打開Telnet伺服器端或者用戶端功能，如下圖所示：

經過上面的操作之後就可以在客服端遠端查看Memcached的狀態或者操作Memcached了。下面的命令就是連接到Memcached：

telnet localhost 11121

連接之後會出現一個命令列視窗，在這個命令列視窗中輸入"stats"就可以看到當前Memcached的狀態，如下就是剛剛啟動的Memcached的狀態資料：

STAT pid 852

STAT uptime 1399

STAT time 1300979378

STAT version 1.2.5

STAT pointer_size 32

STAT curr_items 0

STAT total_items 0

STAT bytes 0

STAT curr_connections 3

STAT total_connections 5

STAT connection_structures 4

STAT cmd_get 0

STAT cmd_set 0

STAT get_hits 0

STAT get_misses 0

STAT evictions 0

STAT bytes_read 23

STAT bytes_written 415

STAT limit_maxbytes 67108864

STAT threads 1

END

通過這個資料我們就可以瞭解Memcached的狀態了。

這些資料所代表的意義如下：

pid：32u，伺服器進程ID。

uptime：32u， 伺服器執行時間，單位秒。

time ：32u， 伺服器當前的UNIX時間。

version ：string， 伺服器的版本號。

curr_items ：32u， 伺服器當前存儲的內容數量 Current number of items stored by the server

total_items ：32u， 伺服器啟動以來存儲過的內容總數。

bytes ：64u， 伺服器當前存儲內容所佔用的位元組數。

curr_connections ：32u， 連接數量。

total_connections ：32u， 伺服器運行以來接受的連接總數。

connection_structures：32u， 伺服器分配的連接結構的數量。

cmd_get ：32u， 取回請求總數。

cmd_set ：32u， 存儲請求總數。

get_hits ：32u， 請求成功的總次數。

get_misses ：32u， 請求失敗的總次數。

bytes_read ：64u， 伺服器從網路讀取到的總位元組數。

bytes_written ：64u， 伺服器向網路發送的總位元組數。

limit_maxbytes ：32u， 伺服器在存儲時被允許使用的位元組總數。

上面的描述中32u和64u表示32位和64位不帶正負號的整數，string表示是string類型資料。

 

在.NET中應用Memcached

有很多.NET版本的Memcached用戶端程式，在這裡周公使用的Enyim Memcached，可以到https://github.com/enyim/EnyimMemcached/下載最新的版本。

要想在專案中使用Memcached，需要添加對Enyim.Caching.dll的應用。除此之外，我們可能還需要在config檔中配置Memcached的資訊（也可以在程式碼中指定，但那樣不靈活），如下就是一個config檔配置的例子：

 

 

   

     

      

 

     

   

   

     

       

         

         

       

       

     

   

 

如果我們配置了多個Memcached的實例，可以想上面的注釋部分那樣在節點下添加多個Memcached的實例配置。

這裡需要說明的是如果我們需要向Memcached中添加自訂資料類型時，我們需要將該資料類型添加上[Serializable]標記。

下面是一個Enyim Memcached的例子： 

using System;  

using System.Collections.Generic;  

using System.Linq;  

using System.Text;  

using Enyim.Caching;  

using Enyim.Caching.Memcached;  

/*  

  * 日期：2011-03-24  

 * 原文出處：http://blog.csdn.net/zhoufoxcn 或http://zhoufoxcn.blog.51cto.com  

 * 版權說明：本文可以在保留原文出處的情況下使用於非商業用途，對此不作任何擔保或承諾。  

 * */ 

namespace MemcachedMonitor  

{  

[Serializable]  

public class Person  

{  

    public int UserId { get; set; }  

    public string UserName { get; set; }  

}  

public class MemcachedDemo  

{  

    private static MemcachedClient client = new MemcachedClient("enyim.com/memcached");  

    public void SetDemo()  

    {  

        Person person = new Person { UserId = 1, UserName = "李剛" };  

        //不帶過期時間的存儲，Memcached將根據LRU來決定過期策略  

        bool success=client.Store(StoreMode.Add, person.UserName, person);  

        //帶過期時間的緩存  

        //bool success = client.Store(StoreMode.Add, person.UserName, person, DateTime.Now.AddMinutes(10));  

        Console.WriteLine("存儲[{0}]的結果：{1}", person.UserName, success);  

    }  

    public void GetDemo()  

    {  

        Person person = client.Get("李剛");  

        if (person != null)  

        {  

            Console.WriteLine("取回[{0}]的結果——UserId:{1},UserName:{2}", "李剛", person.UserId, person.UserName);  

        }  

        else 

        {  

            Console.WriteLine("取回[{0}]失敗!", "李剛");  

        }  

    }  

    public void MultiGetDemo()  

    {  

        List personNameList = new List();  

        for (int i = 0; i < 10; i++)  

        {  

            personNameList.Add("李剛00" + i);  

        }  

        //批量獲取，只通過一次網路通訊就取回所有personNameList中的指定的所有資料  

        IDictionary resultList = client.Get(personNameList);  

        Person person;  

        foreach (KeyValuePair item in resultList)  

        {  

            person = item.Value as Person;  

            if (person != null)  

            {  

                Console.WriteLine("取回[{0}]的結果——UserId:{1},UserName:{2}", "李剛", person.UserId, person.UserName);  

            }  

            else 

            {  

                Console.WriteLine("取回[{0}]失敗!", "李剛");  

            }  

        }  

    }  

}  

}  

說明：如果需要一次從Memcached中取回多個緩存的資料，可以參考MultiGetDemo()方法，這樣一來只需要一次網路通訊就可以取回全部資料，減少網路連線時間。此外，在Memcached用戶端可以使用Text或者Binary協定，經過周公千萬次測試比較，使用Binary協定性能略高於使用Text協定。在上面的config檔中周公就配置使用了Binary協定。

總結，使用Memcached這樣的分散式緩存可以大大提高應用程式的性能，經過周公測試，正確使用Memcached可以將單台伺服器的併發訪問數從20提高到1000左右，也就是提高了50倍，這是一個相當客觀的提升！限於篇幅，關於Memcached的更深更詳細的用法沒有在本篇介紹，此文算作抛磚引玉，讀者可以自行參考其它相關資料。

本文出自 http://zhoufoxcn.blog.51cto.com/792419/528212