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本篇文章为大家展示了如何分析 memcached 的删除机制和发展方向，内容简明扼要并且容易理解，绝对能使你眼前一亮，通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。
memcached 是缓存，所以数据不会永久保存在服务器上，这是向系统中引入 memcached 的前提。下面介绍 memcached 的数据删除机制，以及 memcached 的最新发展方向——二进制协议（Binary Protocol）和外部引擎支持。
memcached 在数据删除方面有效利用资源数据不会真正从 memcached 中消失
上次介绍过，memcached 不会释放已分配的内存。记录超时后，客户端就无法再看见该记录（invisible，透明），其存储空间即可重复使用。
Lazy Expiration
memcached 内部不会监视记录是否过期，而是在 get 时查看记录的时间戳，检查记录是否过期。这种技术被称为 lazy（惰性）expiration。因此，memcached 不会在过期监视上耗费 CPU 时间。
LRU：从缓存中有效删除数据的原理
memcached 会优先使用已超时的记录的空间，但即使如此，也会发生追加新记录时空间不足的情况，此时就要使用名为 Least Recently Used（LRU）机制来分配空间。顾名思义，这是删除“最近最少使用”的记录的机制。因此，当 memcached 的内存空间不足时（无法从 slab class 获取到新的空间时），就从最近未被使用的记录中搜索，并将其空间分配给新的记录。从缓存的实用角度来看，该模型十分理想。
不过，有些情况下 LRU 机制反倒会造成麻烦。memcached 启动时通过“-M”参数可以禁止 LRU，如下所示：
$ memcached -M -m 1024启动时必须注意的是，小写的“-m”选项是用来指定最大内存大小的。不指定具体数值则使用默认值 64MB。
指定“-M”参数启动后，内存用尽时 memcached 会返回错误。话说回来，memcached 毕竟不是存储器，而是缓存，所以推荐使用 LRU。
memcached 的最新发展方向
memcached 的 roadmap 上有两个大的目标。一个是二进制协议的策划和实现，另一个是外部引擎的加载功能。
关于二进制协议
使用二进制协议的理由是它不需要文本协议的解析处理，使得原本高速的 memcached 的性能更上一层楼，还能减少文本协议的漏洞。目前已大部分实现，开发用的代码库中已包含了该功能。memcached 的下载页面上有代码库的链接。
http://danga.com/memcached/download.bml
二进制协议的格式
协议的包为 24 字节的帧，其后面是键和无结构数据（Unstructured Data）。实际的格式如下（引自协议文档）：
Byte/ 0 | 1 | 2 | 3 |
/ | | | |
|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|
+---------------+---------------+---------------+---------------+
0/ HEADER /
/ /
/ /
/ /
+---------------+---------------+---------------+---------------+
24/ COMMAND-SPECIFIC EXTRAS (as needed) /
+/ (note length in th extras length header field) /
+---------------+---------------+---------------+---------------+
m/ Key (as needed) /
+/ (note length in key length header field) /
+---------------+---------------+---------------+---------------+
n/ Value (as needed) /
+/ (note length is total body length header field, minus /
+/ sum of the extras and key length body fields) /
+---------------+---------------+---------------+---------------+
Total 24 bytes如上所示，包格式十分简单。需要注意的是，占据了 16 字节的头部 (HEADER) 分为 请求头（Request Header）和响应头（Response Header）两种。头部中包含了表示包的有效性的 Magic 字节、命令种类、键长度、值长度等信息，格式如下：
Request Header
Byte/ 0 | 1 | 2 | 3 |
/ | | | |
|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|
+---------------+---------------+---------------+---------------+
0| Magic | Opcode | Key length |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
4| Extras length | Data type | Reserved |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
8| Total body length |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
12| Opaque |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
16| CAS |
| |
+---------------+---------------+---------------+---------------+Response Header
Byte/ 0 | 1 | 2 | 3 |
/ | | | |
|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|0 1 2 3 4 5 6 7|
+---------------+---------------+---------------+---------------+
0| Magic | Opcode | Key Length |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
4| Extras length | Data type | Status |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
8| Total body length |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
12| Opaque |
+---------------+---------------+---------------+---------------+
16| CAS |
| |
+---------------+---------------+---------------+---------------+如希望了解各个部分的详细内容，可以 checkout 出 memcached 的二进制协议的代码树，参考其中的 docs 文件夹中的 protocol_binary.txt 文档。
HEADER 中引人注目的地方
看到 HEADER 格式后我的感想是，键的上限太大了！现在的 memcached 规格中，键长度最大为 250 字节，但二进制协议中键的大小用 2 字节表示。因此，理论上最大可使用 65536 字节（2 sup 16 /sup）长的键。尽管 250 字节以上的键并不会太常用，二进制协议发布之后就可以使用巨大的键了。
二进制协议从下一版本 1.3 系列开始支持。
外部引擎支持
我去年曾经试验性地将 memcached 的存储层改造成了可扩展的（pluggable）。
http://alpha.mixi.co.jp/blog/?p=129
MySQL 的 Brian Aker 看到这个改造之后，就将代码发到了 memcached 的邮件列表。memcached 的开发者也十分感兴趣，就放到了 roadmap 中。现在由我和 memcached 的开发者 Trond Norbye 协同开发（规格设计、实现和测试）。和国外协同开发时时差是个大问题，但抱着相同的愿景，最后终于可以将可扩展架构的原型公布了。代码库可以从 memcached 的下载页面 上访问。
外部引擎支持的必要性
世界上有许多 memcached 的派生软件，其理由是希望永久保存数据、实现数据冗余等，即使牺牲一些性能也在所不惜。我在开发 memcached 之前，在 mixi 的研发部也曾经 考虑过重新发明 memcached。
外部引擎的加载机制能封装 memcached 的网络功能、事件处理等复杂的处理。因此，现阶段通过强制手段或重新设计等方式使 memcached 和存储引擎合作的困难 就会烟消云散，尝试各种引擎就会变得轻而易举了。
简单 API 设计的成功的关键
该项目中我们最重视的是 API 设计。函数过多，会使引擎开发者感到麻烦；过于复杂，实现引擎的门槛就会过高。因此，最初版本的接口函数只有 13 个。具体内容限于篇幅，这里就省略了，仅说明一下引擎应当完成的操作：
引擎信息（版本等）
引擎初始化
引擎关闭
引擎的统计信息
在容量方面，测试给定记录能否保存
为 item（记录）结构分配内存
释放 item（记录）的内存
删除记录
保存记录
回收记录
更新记录的时间戳
数学运算处理
数据的 flush
对详细规格有兴趣的读者，可以 checkout engine 项目的代码，阅读器中的 engine.h。
重新审视现在的体系
memcached 支持外部存储的难点是，网络和事件处理相关的代码（核心服务器）与 内存存储的代码紧密关联。这种现象也称为 tightly coupled（紧密耦合）。必须将内存存储的代码从核心服务器中独立出来，才能灵活地支持外部引擎。因此，基于我们设计的 API，memcached 被重构成下面的样子：
重构之后，我们与 1.2.5 版、二进制协议支持版等进行了性能对比，证实了它不会造成性能影响。
在考虑如何支持外部引擎加载时，让 memcached 进行并行控制（concurrency control）的方案是最为容易的，但是对于引擎而言，并行控制正是性能的真谛，因此我们采用了将多线程支持完全交给引擎的设计方案。
以后的改进，会使得 memcached 的应用范围更为广泛。
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