原创 Memcache分组和同步机制的实现

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[原创] Memcache分组和同步机制的实现

作者：heiyeluren
博客：http://blog.csdn.net/heiyeshuwu
时间：2007-06-25

【Memcache同步类的实现思想】

首先我们明确了解就是Memcache是一个简单、快速、高效的分布式基于内存的缓存工具，一般用于网站等数据库数据缓存、高速交换信息的缓存，比如Session数据等等。Memcache最主要的特点就是两个：一是它是基于内存的高效Hash类缓存方式，二是使用了LUR算法来进行数据有效期控制，这两点就能够很好的满足我们的普通网站的应用。（关于Memcache的使用和协议请参考我的另一篇文章：《Memcache的使用和协议分析详解》http://blog.csdn.net/heiyeshuwu/archive/2006/11/13/1380838.aspx）

Memcache本身也存在一些不足，不能说是不足，至少是为了满足它高效的存取，所以没有去实现的功能，包括：一是本身没有内置分布式功能，无法实现使用多台Memcache服务器来存储不同的数据，最大程度的使用相同的资源；二是无法同步数据，容易造成单点故障。

那么其实都可以通过我们的Memcache的客户端程序来解决的，首先我们PHP的PECL中的Memcache扩展能够有效的解决Memcache的分布式问题，主要的接口就是 addServer() 函数，具体关于addServer()函数的实现可以参考该扩展源代码。那么现在就存在第二个问题，就是说无法同步数据，可以理解为MySQL中Master/Slave的机制，就是说如果我们有多台的Memcache服务器，使用addServer函数的话，每个服务器存储的数据都是唯一的，那么任何一台服务器宕机的话，那么这台服务器上的存储数据将丢失无法访问，这样肯定是无法充分发挥我们Memcache威力的，那么我们就需要一个方式来解决这个问题，这个就是本文主要要探讨解决的问题：关于在多台Memcache服务器中分组和同步数据的问题。

针对这个问题我构建了一个PHP写的Class，大致的思想就是把多台Memcache服务器分成两组，每组的服务器数量可能是一样的（如果总数是复数的话），数量不一样也没关系，写数据的时候往两组服务器都写，数据是一样的，那么A组服务器的数据和B组服务器的数据是一样的，如果A组服务器中某一台机器宕机了，则能够从B组服务器中提取出数据来，这样能够有效的避免单点故障，特别是在高性能要求的网站当中。当然，相应的操作也是有开销的，主要的开销在于网络连接，就是说连接到A组服务器中发现没有数据，则去访问B组服务器。另外还有就是在访问数据过程中，都是从A组开始的，那么并发量很高的情况下，A组服务器的压力比较大，那么我还实现了对A组和B组服务器随机访问的机制，如果在随机的组中没有发现数据则访问另外一个组，这样A组和B组的压力就是1/2了，能够有效的面对高负载的情况。

同样的，这个类是可以扩展的，比如你可以修改成为能够满足两组以上的服务器，但是这样逻辑会更复杂，我基于简便期间，目前就考虑了两组服务器的情况，毕竟一般公司来说，没有很多机器去做Memcache的缓存，所以两组已经能够满足大部分要求了。

PS：如果有兴趣的话，可以完全自己重新实现Memcache的addServer扩展，比如增加addGroup之类的方法，能够更有效的解决同步和分组的问题。同样的，如果想节省资源的使用，可以把Memcached当作线程的方式来运行。

【Memcache同步类的实现代码】

本类经过我大致的各种测试，运行还算稳定，当然，使用时还是请多加注意。

<? php
/* *
 * Memcache 操作类 (支持同步和分组访问)
 * 
 * author     : heiyeluren <http://blog.csdn.net/heiyeshuwu>
 * created    : 2007-06-21
 * lastModifed: 2007-06-21
  */

/* *
 * Memcache操作类
  */
class  MemcacheOpt
{
     // ---------------------
    //  属性定义
    //---------------------
   
     /* *
     * 是否进行多组同步 
      */
     var   $isGroup      =   true ;
    
     /* *
     * 多组同步情况下是否使用减轻负载的随机存取 
      */
     var   $isRandom     =   true ;

     /* *
     * 默认的Memcache服务器端口 
      */
     var   $mmcPort      =   11211 ;

     /* *
     * 保存原始组信息
      */
     var   $groups       =   array ();

     /* *
     * 保存第一、二组Memcache服务器信息
      */
     var   $group1       =   array ();
     var   $group2       =   array ();
    
     /* *
     * 保存第一、二组连接对象
      */
     var   $mmc1         =   '' ; 
     var   $mmc2         =   '' ; 
    

     // ---------------------
    //   内部操作方法
    //---------------------

     /* *
     * 显示错误信息
     *
     * @param string $msg 需要显示消息的内容
     * @param string $type 消息类型，error是普通错误消息，fatal 是致命错误，将终止程序执行, message 是普通消息，缺省状

态
     * @return bool true
      */
     function  showMessage( $msg ,   $type ){
         $msg   .=   " " ;
         switch ( $type ){
             case   ' error ' :
                 echo ( " Memcache Error:  " .   $msg );
                 break ;
             case   ' fatal ' :
                 die ( " Memcache Fatal:  " .   $msg );
                 break ;
             case   ' message ' :
                 echo ( " Memcache Message:  " .   $msg );
                 break ;
             default :
                 echo ( " Memcache Error:  " .   $msg );
        }
         return   true ;
    }


     /* *
     * 构造函数 (初始化分组和连接到服务器)
      */
     function  MemcacheOpt( $hostArray ,   $hostArray2 = array ()){
         if  ( ! is_array ( $hostArray )  ||   empty ( $hostArray )){
             $this -> showMessage( ' Memcache host list invalid ' ,   ' fatal ' );
        }
         $this -> groups  =   array_merge ( $hostArray ,   $hostArray2 );
         $this -> splitGroup( $hostArray ,   $hostArray2 );
         $this -> connect();
    }

     /* *
     * 对组进行切分 (按照是否需要分组进行相应的切分)
     *
     * @param array $hostArray 主机数组列表1
     * @param array $hostArray2 主机数组列表2
     * @return void
      */
     function  splitGroup( $hostArray ,   $hostArray2 = array ()){
         // 如果只有一台机器则不使用分组
         if  ( count ( $hostArray )  <   2   &&   empty ( $hostArray2 )){
             $this -> isGroup  =   false ;
        }

         // 使用分组
         if  ( $this -> isGroup){
             if  ( is_array ( $hostArray2 )  &&   ! empty ( $hostArray2 )){
                 $this -> group1  =   $hostArray ;
                 $this -> group2  =   $hostArray2 ;
            } else {
                 $count   =   ceil ( count ( $hostArray )  /   2 );
                 $this -> group1  =   array_splice ( $hostArray ,   0 ,   $count );
                 $this -> group2  =   array_splice ( $hostArray ,   0 );
            }
        } else {
             $this -> group1  =   $hostArray ; 
        } 
    }

     /* *
     * 连接到Memcache服务器
      */
     function  connect(){
         if  ( ! is_array ( $this -> group1)  ||   empty ( $this -> group1)){
             $this -> showMessage( " Memcache host1 array invalid " ,   ' error ' );
             return   false ;
        }

         // 连接第一组Memcache服务器
         $this -> mmc1  =   new  Memcache;
         foreach ( $this -> group1  as   $hosts ){
             $tmp   =   explode ( " : " ,   $hosts );
             $host   =   $tmp [ 0 ];
             $port   =  ( ! isset ( $tmp [ 1 ])  ||   $tmp [ 1 ] == '' )  ?   $this -> mmcPort  :   $tmp [ 1 ];
             $this -> mmc1 -> addServer( $host ,   $port );
        }

         // 如果需要分组则连接第二组Memcache服务器
         if  ( $this -> isGroup){
             if  (  ! is_array ( $this -> group2)  ||   empty ( $this -> group2) ){
                 $this -> showMessage( " Memcache host2 array invalid " ,   ' error ' );
                 return   false ;
            }
             $this -> mmc2  =   new  Memcache;
             foreach ( $this -> group2  as   $hosts ){
                 $tmp   =   explode ( " : " ,   $hosts );
                 $host   =   $tmp [ 0 ];
                 $port   =  ( ! isset ( $tmp [ 1 ])  ||   $tmp [ 1 ] == '' )  ?   $this -> mmcPort  :   $tmp [ 1 ];
                 $this -> mmc2 -> addServer( $host ,   $port );
            }
        }
    }

     /* *
     * 关闭Memcache服务器连接
      */
     function  close(){
         if  ( is_object ( $this -> mmc1)){
             $this -> mmc1 -> close();
        }
         if  ( is_object ( $this -> mmc1)){
             $this -> mmc1 -> close();
        }        
         return   true ;
    }

     /* *
     * 数据操作核心函数
     *
     * @param string $optType 操作类型，主要有 add, set, replace, delete, flush
     * @param string $key 关键字，如果是 add,set,replace,delete 需要提交key参数
     * @param string $val 关键字对应的值，如果是 add, set,replace 需要提交value参数
     * @param int $expire 数据有效期，如果是 add,set,replace需要提交expire参数
     * @return mixed 不同的需要产生不同的返回
      */
     function  opt( $optType ,   $key = '' ,   $val = '' ,   $expire = '' ){
         if  ( ! is_object ( $this -> mmc1)){
             $this -> showMessage( " Not availability memcache connection object " ,   ' fatal ' );
        }
         if  ( $this -> isGroup  &&   ! is_object ( $this -> mmc2)){
             $this -> showMessage( " Group 2 memcache host connection object not availability " ,   ' error ' );
        }

         // 加入数据操作
         if  ( $optType == ' add '   ||   $optType == ' set '   ||   $optType == ' replace ' ){
             $this -> mmc1 -> set( $key ,   $val ,   false ,   $expire );
             if  ( $this -> isGroup  &&   is_object ( $this -> mmc2)){
                 $this -> mmc2 -> set( $key ,   $val ,   false ,   $expire );
            }
             return   true ;
        }

         // 获取数据操作
         if  ( $optType   ==   ' get ' ){

             // 缺省获取第一组数据
             if  ( ! $this -> isGroup  ||   ! is_object ( $this -> mmc2)){
                 return   $this -> mmc1 -> get( $key );        
            }

             // 分组情况下逐组访问
             $num   =  (  $this -> isRandom  ?   rand ( 1 ,   2 )  :   1  );
             $obj   =   " mmc " .   $num ;
             $val   =   $this -> $obj -> get( $key );

             // 如果没有提取到数据，则访问另外一组
             if  ( $val   ==   "" ){
                 switch ( $num ){
                     case   1 :   $val   =   $this -> mmc2 -> get( $key );  break ;
                     case   2 :   $val   =   $this -> mmc1 -> get( $key );  break ;
                     default :   $val   =   $this -> mmc1 -> get( $key );
                }
            }
             return   $val ;
        }

         // 删除数据操作
         if  ( $optType   ==   ' delete ' ){
             $this -> mmc1 -> delete( $key ,   $expire );
             if  ( $this -> isGroup  &&   is_object ( $this -> mmc2)){
                 $this -> mmc2 -> delete( $key );        
            }
             return   true ;
        }

         // 清空数据操作     
         if ( $optType   ==   ' flush ' ){
             $this -> mmc1 -> flush ();
             if  ( $this -> isGroup  &&   is_object ( $this -> mmc2)){
                 $this -> mmc2 -> flush ();        
            }
             return   true ;
        }
        
    }


     // ---------------------
    //   外部操作方法
    //---------------------

    //增加一个元素
     function  add( $key ,   $val ,   $expire = '' ){
        return   $this -> opt( ' add ' ,   $key ,   $val ,   $expire ); 
    }

     // 增加一个元素
     function  set( $key ,   $val ,   $expire = '' ){
         return   $this -> opt( ' set ' ,   $key ,   $val ,   $expire );
    }

     // 替换一个元素
     function  replace( $key ,   $val ,   $expire = '' ){
         return   $this -> opt( ' replace ' ,   $val ,   $expire );
    }

     // 获取一个元素
     function  get( $key ){
         return   $this -> opt( ' get ' ,   $key );
    }

     // 删除一个元素
     function  delete( $key ,   $timeout = '' ){
         return   $this -> opt( ' delete ' ,   $key ,   '' ,   $timeout );
    }

     // 让所有的元素过期 (本接口不要轻易使用)
     function   flush (){
        return   $this -> opt( ' flush ' ); 
    }


     /* *
     * 获取所有Memcache服务器状态
      */
     function  getStats(){
         $status   =   array ();

         // 单独连接到每台Memcache
         foreach ( $this -> groups  as   $key => $hosts ){
             $tmp   =   explode ( " : " ,   $hosts );
             $host   =   $tmp [ 0 ];
             $port   =  ( ! isset ( $tmp [ 1 ])  ||   $tmp [ 1 ] == '' )  ?   $this -> mmcPort  :   $tmp [ 1 ];

             $conn   =   new  Memcache;
             $conn -> connect( $host ,   $port );
             $s   =   $conn -> getStats();
             $s [ ' host ' ]  =   $host ;
             $s [ ' port ' ]  =   $port ;
             $status [ $key ]  =   $s ;
        }
         return   $status ;
    }

     /* *
     * 获取所有Memcache服务器版本号
      */
     function  getVersion(){
         $version   =   array ();
         $stats   =   $this -> getStats();
         foreach ( $stats   as   $key => $s ){
             $v [ ' host ' ]  =   $s [ ' host ' ];
             $v [ ' port ' ]  =   $s [ ' port ' ];
             $v [ ' version ' ]  =   $s [ ' version ' ];
             $version [ $key ]  =   $v ;
        }
         return   $version ;
    }

}
?>

 【Memcache同步类的测试】

在本机开启多个Memcache守护进程：

[ ~ ] $ ps auxww | grep memcached
heiyeluren   98466    0.0    0.2    6088   5676   ??  SsJ    7 :50下午    0 : 00.04  /usr/local/memcache/bin/memcached -d -m  32  -l  10.62.240.9  -p  11214
heiyeluren   98437    0.0    0.2    6088   5676   ??  SsJ    7 :50下午    0 : 00.04  /usr/local/memcache/bin/memcached -d -m  32  -l  10.62.240.9  -p  11213
heiyeluren   98425    0.0    0.2    6088   5676   ??  SsJ    7 :50下午    0 : 00.05  /usr/local/memcache/bin/memcached -d -m  32  -l  10.62.240.9  -p  11212
heiyeluren   98228    0.0    0.2    6088   5676   ??  SsJ    7 :48下午    0 : 00.05  /usr/local/memcache/bin/memcached -d -m  32  -l  10.62.240.9  -p  11211

MemcacheOpt类测试代码：

<? php
require_once ( " MemcacheOpt.class.php " );

// 操作代码
$hostArray   =   array ( " 10.62.240.9 " ,   " 10.62.240.9:11212 " ,   " 10.62.240.9:11213 " ,   " 10.62.240.9:11214 " );
$m   =   new  MemcacheOpt( $hostArray );

$m -> add( " key1 " ,   " key1_value " ,   30 );
$m -> add( " key2 " ,   " key2_value " ,   30 );
$m -> set( " key3 " ,   " key3_value " ,   30 );
$m -> set( " key4 " ,   " key4)value " ,   30 );

echo   $m -> get( " key1 " ) .   " " ;
echo   $m -> get( " key2 " ) .   " " ;
echo   $m -> get( " key3 " ) .   " " ;
echo   $m -> get( " key4 " ) .   " " ;

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