資料庫的前端快取區

檔案系統核心緩衝區，位於實體記憶體的核心地址空間，所有對磁碟檔案的讀寫操作都要經過它，也可以把它看作是磁碟的前端裝置。
這塊核心緩衝區實際上包括2個部分：讀快取區、寫快取區。

讀快取區中儲存著最近系統從磁碟上讀取的資料，一旦下次需要讀取這些資料的時候，核心將直接從這裡獲得，而不需訪問磁碟。
寫快取區的目的主要是為了減少磁碟的物理寫操作，核心緩區可以將多次寫操作指令累計起來，通過一次物理磁頭的移動來完成。當然，寫快取區導致資料真正寫入磁碟會產生幾秒的延遲，在實際寫入之前，這些資料被稱為Dirtry Page。

我們可以在資料庫和動態內容之間建立一層快取區，它可以部署在獨立的伺服器上，用於加速資料庫讀寫的操作，這個快取區實際上的由動態內容來控制的。

memcached

key-value

為了實現快取記憶體，我們不會把快取內容放在磁碟上，memcached使用實體記憶體來作為快取區，當我們啟動memcached的時候，需要指定分配給快取區的記憶體大小。
比如我們分配4GB的記憶體：

memcached -d -m 4086 -l 192.168.88.88 -p 11211

如果說memcached最許需要什麼，毫無疑問，那就是記憶體。

memcached使用key-value的方式來儲存資料，我們將每個key以及對應的value合起來稱為資料項。
memecached使用了高效的基於key的hash演算法來設計儲存資料結構，並且使用了精心設計的記憶體分配器，這意味著不論你儲存了多少資料項，查詢任何資料項所花費的時間都不變。

資料項過期時間

由於緩衝區空間是有限的，一旦快取區沒有足夠的控制元件儲存新的資料項，memcached便會想辦法淘汰一些資料項來騰出空間，把最近不常訪問的資料項淘汰掉。

當然，我們更原因為資料項設定過期時間。如果你在使用PHP來編寫動態內容：

$mem = memcache_connect("192.168.88.88",11211);
$mem->add("item_key","item_value",false,30);

把item_key這個資料項的過期時間設定為30秒。

網路併發模型

memcached是分散式快取系統，可以執行在獨立的伺服器上，動態內容通過TCP Socket來訪問它。memcached使用libevent函式庫來實現網路併發模型，你可以在較大併發使用者數的環境下仍然方向使用memcached。

物件序列化

我們在網路中傳輸的是二進位制資料，那麼陣列或者物件這樣的抽象資料型別，是否可以存入memcached中呢？
答案是肯定的。因為基於序列化(Serialize)機制，我們可以把抽象資料型別轉換為二進位制字串，以便通過網路進入快取伺服器，同時在讀取這些資料的時候，二進位制字串又可以轉換回原有的資料型別。
這個“轉換”的過程比較複雜，但是在具有動態特性的指令碼語言中(比如PHP)，這個過程不需要你去實現。

下面是一個簡單的把物件寫入memcached伺服器的例子：

<?php
class  Person
{
    public $name;
    public function setName($name){
        $this->name = $name;
    }
}

// 例項化
$p = new Person();
$p->setName("jack");// 給物件屬性賦值

// 連線memcached
$mem = memcache_connect("192.168.88.88",11211);
$mem->add("p_jack",$p,false,0); // 寫入
$obj = $mem->get("p_jack"); // 讀取

echo $obj->name; // 輸出：jack。

寫操作快取

讀操作快取大家一定很熟悉，可寫操作快取也至關重要。

假設有這樣一個需求：就拿我們站點訪問量統計功能來說，我們需要記錄每個URL的累計訪問量，所以每次頁面重新整理都會伴隨著一次訪問量的增加。

$page = "artical20180120.html";
$sql = "update page_view set view_count=view_count+1 where page='{$page}'";
$conn = mysqli_connect("localhost","root","root","db_page");
mysqli_select_db("db_main",$conn);
mysqli_query($sql,$conn);

沒有快取的方法就想上面程式碼那樣，我們稱之為“直接更新”。

執行緒安全和鎖競爭

我們先來看一個分散式加運算，下面的程式碼片段，先從快取伺服器取回一個數值，然而在本地+1，接下來再寫回快取伺服器。

$count = $mem->get($key);
$count++;
$mem->set($key,$count,false,0);

嗯，看起來似乎沒有什麼問題。但是，你可以別忘了可能會有多個使用者同時觸發這樣的計算，你一定能想象到有什麼糟糕的後果，最後累計訪問量總是小於實際訪問量。

事實上，這並不涉及memcacahed本身執行緒安全問題，而是上面這種加運算的方式不是執行緒安全的。如果要保證這種加運算同時進行，就要考慮一定的事務隔離機制。
最簡單的辦法是使用鎖競爭，並且把鎖儲存在memcached中，存在競爭關係的動態內容可以爭奪這個鎖，一單某個會話搶到鎖，那麼其他的會話就必須等待。
但我們不併鼓勵這樣做，因為鎖競爭帶來的等待時間是無法容忍的。

原子加法

memcached提供了原子遞增操作，也正是因為這個特性，我們在訪問量遞增更新的應用中引入寫快取。
我們來修改程式碼：

$page = "artical20180120.html";

$mem = memcache_connect("192.168.88.88",11211);
$count = $mem->increment($page,1); // 累加1
if ($count === false){
    $mem->add($page,1);
    exit(1);
}
if ($count == 1000){
    $mem->set($page,0,false,0);
    $sql = "update page_view set view_count=view_count+{$count} where page='{$page}'";
    $conn = mysqli_connect("localhost","root","root","db_page");
    mysqli_select_db("db_main",$conn);
    mysqli_query($sql,$conn);
}

上面程式碼完全改變了“直接更新”方式，它做了以下工作：
1、為memcached快取中對應資料項加1，如果該資料項不存在，則建立該資料項，並且賦值為1，代表這個頁面是第一次被訪問；
2、如果memcached快取中存在對應資料項，並且累加後的數值為1000，則把這個資料項設定為0，並且更新資料庫，將資料庫對應數值加1000。

也就是火，改造後的程式每經歷1000次遞增後才寫一次資料庫。這就大大減少了直接對資料庫的操作。如果你的資料庫因為大量的寫操作而繁忙，那麼應該仔細考慮，哪些寫操作可以快取到memcached中？