使用Memcached改进Java企业级应用性能(1):架构和设置

Memcached由Danga Interactive开发,用来提升LiveJournal.com网站性能。Memcached分布式架构支持众多的社交网络应用,Twitter、Facebook还有Wikipedia。在接下来的两部分教程中,Sunil Patil介绍了Memcached分布式哈希表架构,以及利用它帮助你为数据驱动Java企业应用做数据缓存。

本文介绍了如何利用Memcached提升Java企业应用性能。首先,总览了传统的Java缓存框架,并和Memcached做一个比较。当然,也会在你的本机上安装Memcached,如何通过telnet与Memcached交互工作。接着,创建一个”Hello Memcached”Java客户端程序。你会了解如何利用Memcached减少数据库服务器负载,缓存动态生成的页面标记。最后,考虑对spymemcached客户端做一些高级优化配置。

Memcached以及Java缓存架构总览

像EHCache和OSCache这样的Java缓存框架,本质上是存在于应用代码中的HashMap对象。无论何时添加一个新的对象到缓存中,它都保存在你的应用内存中。保存少量数据时,这个策略是没有问题的,但缓存超过GB的数据就有问题了。Memcached服务器的设计者采用一种分布式架构,这种方式便于扩展,因此,可以利用Memcached做海量数据缓存。

Memcached架构包含两部分。首先是一个拥有自身进程的Memcached服务器软件。倘若你想扩展你的应用,可以在其它机器上运行Memcached服务器软件。Memcached服务器软件实例相互独立。Memcached系统的第二部分是Memcached客户端,它确切地知道每台服务器的存在。客户端负责获取缓存录入对应的服务器,以及存储或者获得缓存录入——这一过程,稍后我会做详细地讨论。

如果曾经开发过Java EE 网络应用,你一定用过EHCache或者OSCache之类的Java开源缓存框架。你或许用过DynaCache或者JBoss Cache这样的商业缓存框架作为应用服务器的一部分。在我们亲手实践本教程之前,明白Memcached与那些传统Java缓存框架的不同之处是很重要的。

使用传统的Java缓存

无论选择开源或者是商业方案,使用传统Java缓存架构是很容易。使用类似EHCache或者OSCache这种开源的框架,你需要下载二进制文件,添加必须的JAR文件到你的应用classpath下。同样,你需要创建配置文件,配置缓存、交换分区的大小。由于缓存框架需要与软件绑定,而缓存框架通常会与应用服务器绑定,所以无需下载任何额外的JAR文件。

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图1 传统的Java缓存架构

在为你的应用程序添加缓存框架之后,通过创建CacheManager对象获取和设置其中的缓存条目(entry)。这样,你的应用和缓存框架创建的CacheManager会在相同的JVM上运行。每次增加缓存条目,此对象会添加到由缓存框架维护某类哈希表中。

一旦你的应用服务器软件运行在多个节点上,你可能需要支持分布式缓存。在分布式缓存系统中,一旦在AppServer1中添加了某个对象,在AppServer2和AppServer3上此对象也变为可用。传统的Java缓存使用复制(replication)实现分布式缓存,这意味着当你为AppServer1添加一个缓存条目,该条目会自动复制到系统的其它应用服务器上。最终,条目会在所有的站点中可用。

使用Memcached

要使用Memcached进行缓存,必须下载并在你的平台上安装Memcached服务器软件。一旦Memcached服务器安装成功,它会通过TCP或者UDP端口监听缓存调用。

图2 Memcached架构

接着,下载一个JavaMemcached客户端,把客户端JAR文件添加到你的应用中。然后创建一个Memcached客户端对象,就可以调用它的方法获取和设置缓存条目。一旦添加某个对象到缓存中,Memcached客户端会获取该对象、对其序列化并发送字节数组到Memcached服务端保存。这时,缓存对象可能被应用运行的JVM作为垃圾回收。

当你需要缓存对象时,可以调用Memcached客户端的 get() 方法。客户端会得到这个get请求、序列化并将get请求传给Memcached服务器。Memcached服务器通过该请求从缓存中查找这个对象。如果存有此对象,服务器会把这个字节数组返回给客户端。客户端收到字节数组,反序列化并创建对象返回给你的应用。

即使你的应用跑在不止一个应用服务器上,所有的应用都能指向相同的Memcached服务器,通过它获取并设置缓存条目。倘若你拥有不止一台Memcached服务器,服务器互相之间不会知道。因此,你需要配置Memcached客户端,这样它就能知道所有Memcached服务器。比如,应用在AppServer1创建一个Java对象,接着调用Memcached的 set() 方法,Memcached客户端就找到某个Memcached服务器来存放条目。接着它只和此台Memcached服务器通信。同样,一旦存在于AppServer2或者Appserver3的代码尝试去获取某个录入时,Memcached客户端首先会找出哪个服务器存储了此条目,接着只与此服务器通信。

Memcached客户端逻辑

在缺省状态下,Memcached客户端使用非常简单的逻辑选择服务器进行get或set操作。一旦调用get()或者set(),客户端就会得到缓存键(key)调用hashcode()方法得到整数值,比如11。接着用这个数除以Memcached服务器可用数量(比如2),本例中得到的余数为1。缓存条目就会指向Memcached服务器1。这个简单的算可以确保应用服务器所在的Memcached客户端为给定的缓存键选择相同的服务器。

Memcached安装

Memcached可以运行在Unix、Linux、windows以及MacOSX上。你可以下载Memcached源码编译,或者直接下载编译好的二进制文件安装Memcached。这里我会展示为特定平台下载二进制文件的安装过程。如果你更倾向于编译,请参见这里

接下来的安装指令针对Windows XP 32位机器,若平台是linux等其它平台,查看这里。注意本文案例代码是在Windows XP 32位机器上开发的,不过是可以在其它平台上运行。

  1. Jellycan code是一个Memcached修订版本,更易用更有效,我们先从下载win32二进制压缩文件开始。
  2. 解压Memcached-<versionnumber>-win32-bin.zip,注意里面包含memcached.exe,执行此文件完成服务器搭建。
  3. 使用 memcached.exe -d install 注册memcached.exe作为系统服务,你可以在服务控制台开启或者停止Memcached服务器。

当你在缺省状态下执行memcached.exe,Memcached服务器默认占用64兆内存,监听11211端口。在某些情形下,或许你想做一些更加细粒度的控制。比如,端口11211被本机其他进程占用,你希望Memcached可以监听端口12000;或者你想在质量保证或者生产环境中搭建Memcached服务器,需要的默认内存不止64兆。你可以通过命令行参数定制服务器行为。运行memcache.exe -help命令会获取所有的命令行选项,如下图3所示。

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图3 Memcached服务器命令行选项

通过Telnet与Memcached交互

一旦Memcached服务器开始监听你指定的端口,Memcached客户端就可以通过TCP或者UDP端口与之连接,发送命令或者接受响应,最后关闭连接。

连接Memcached服务器方式有多种,我会在本教程的第二部分采用Java客户端连接,你将能够利用简单的API从缓存中存储或者获取对象。或者你可以采用Telnet客户端直接与服务器连接。懂得利用Telnet客户端与Memcached服务器交互对调试Java客户端很重要,因此我们就从这里开始。

Telnet命令

首先你需要用Telnet客户端连接Memcached服务器。在WindowsXP平台上,如果Memcached服务器也运行在这台机器上并缺省监听端口11211,只要执行telnet localhost 11211。接下来的命令对Telnet管理Memcached很重要:

  • set添加一个新的项目到缓存中,使用格式是 Set <keyName> <flags> <expiryTime> <bytes>,你可以将敲入的值存入下一行。倘若不想缓存录入过期,可以输入0。
  • get返回缓存键的值,调用get <keyName>获得keyName的值。
  • add添加一个新的键,前提是此键之前并不存在,比如add <keyName> <flags> <expiryTime> <bytes>。
  • replace会替代某个键的值,前提是此键已存在,比如replace <keyName> <flags> <expiryTime> <bytes>。
  • delete删除某个键的缓存录入,调用delete <keyName>删除keyName的值。

图4的截图展示了通过Telnet与Memcached服务器交互案例。正如你所看到的,Memcached服务器会对每个命令做出回应,比如STORED、NOT_STORED等。

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图4 Telnet客户端与Memcached服务器交互案例

第一部分结语

到此,我们简要地讨论了Memcached分布式框架和众多传统Java缓存系统。在你的开发环境中安装了Memcached,通过Telnet连接Memcached。教程的下一篇中,我们将调用Java客户端sypmemcached命令,为一个Java示例应用建立分布式缓存方案。在此过程中,你会了解更多关于Memcached的信息,以及如何提升你的JavaEE应用性能。

原文链接: javaworld 翻译: ImportNew.com - 乔永琪
译文链接: http://www.importnew.com/16074.html
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关于作者: 乔永琪

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