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memcached的总结和分布式一致性hash
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当前很多大型的web系统为了减轻数据库服务器负载，会采用memchached作为缓存系统以提高响应速度。
目录： （）
memchached简介
hash
取模
一致性hash
虚拟节点
源码解析
参考资料
1. memchached简介
memcached是一个开源的高性能隐闷野分布式内存对象缓存系统。
其实思想还是比较简单的，实现包括server端（memcached开源项目一般只单指server端）和client端两部分:
server端本质是一个in-memory key-value store，通过在内存中维护一个大的hashmap用来存储小块的任意数据，对外通过统一的简单接口（memcached protocol）来提供操作。
client端是一个library，负责处理memcached protocol的网络通信细节，与memcached server通信，针对各种语言的不同实现分装了易用的API实现了与不同语言平台的集成。
web系统则通过client库来使用memcached进行对象缓存。
2. hash
memcached的分布式主要体现在client端，对于server端，仅仅是部署多个memcached server组成集群，每个server独自维护自己的数据（互相之间没有任何通信），通过daemon监听端口等待client端的请求。
而在client端，通过一致的hash算法，将要存储的数据分布到某个特定的server上进行存储，后续读取查询使用同样的hash算法即可定位。
client端可以采用各种hash算法来定位server：
取模
最简单的hash算法
targetServer = serverList[hash(key) % serverList.size]
直接用key的hash值（计算key的hash值的方法可以自由选择，比如算法CRC32、MD5,甚至本地hash系统，如java的hashcode）模上server总数来定位目标server。这种算法不仅简单，而且具有不错的随机分布特性。
但是问题也很明显，server总数不能轻易变化。因为如果增加/减少memcached server的数量，对原先存储的所有key的后续查询都将定位到别的server上，导致所有的cache都不能被命中而失效。
一致性hash
为了解决这个问题，需要采用一致性hash算法（consistent hash）
相对于取模的算法，一致性hash算法除了计算key的hash值外，还会计算每个server对应的hash值，然后将这些hash值映射到一个有限的值域上（比如0~2^32）。灶喊通过寻找hash值大于hash(key)的最小server作为存储该key数据的目标server。如果找不到，则直接把具有罩野最小hash值的server作为目标server。
为了方便理解，可以把这个有限值域理解成一个环，值顺时针递增。
如上图所示，集群中一共有5个memcached server，已通过server的hash值分布到环中。
如果现在有一个写入cache的请求，首先计算x=hash(key)，映射到环中，然后从x顺时针查找，把找到的第一个server作为目标server来存储cache，如果超过了2^32仍然找不到，则命中第一个server。比如x的值介于A~B之间，那么命中的server节点应该是B节点
可以看到，通过这种算法，对于同一个key，存储和后续的查询都会定位到同一个memcached server上。
那么它是怎么解决增/删server导致的cache不能命中的问题呢？
假设，现在增加一个server F，如下图
此时，cache不能命中的问题仍然存在，但是只存在于B~F之间的位置（由C变成了F），其他位置（包括F~C）的cache的命中不受影响（删除server的情况类似）。尽管仍然有cache不能命中的存在，但是相对于取模的方式已经大幅减少了不能命中的cache数量。
虚拟节点
但是，这种算法相对于取模方式也有一个缺陷：当server数量很少时，很可能他们在环中的分布不是特别均匀，进而导致cache不能均匀分布到所有的server上。
如图，一共有3台server – 1，2，4。命中4的几率远远高于1和2。
为解决这个问题，需要使用虚拟节点的思想：为每个物理节点（server）在环上分配100～200个点，这样环上的节点较多，就能抑制分布不均匀。
当为cache定位目标server时，如果定位到虚拟节点上，就表示cache真正的存储位置是在该虚拟节点代表的实际物理server上。
另外，如果每个实际server的负载能力不同，可以赋予不同的权重，根据权重分配不同数量的虚拟节点。
// 采用有序map来模拟环
this.consistentBuckets = new TreeMap();
MessageDigest md5 = MD5.get();//用MD5来计算key和server的hash值
// 计算总权重
if ( this.totalWeight for ( int i = 0; i this.weights.length; i++ )
this.totalWeight += ( this.weights[i] == null ) ? 1 : this.weights[i];
} else if ( this.weights == null ) {
this.totalWeight = this.servers.length;
}
// 为每个server分配虚拟节点
for ( int i = 0; i servers.length; i++ ) {
// 计算当前server的权重
int thisWeight = 1;
if ( this.weights != null this.weights[i] != null )
thisWeight = this.weights[i];
// factor用来控制每个server分配的虚拟节点数量
// 权重都相同时，factor=40
// 权重不同时，factor=40*server总数*该server权重所占的百分比
// 总的来说，权重越大，factor越大，可以分配越多的虚拟节点
double factor = Math.floor( ((double)(40 * this.servers.length * thisWeight)) / (double)this.totalWeight );
for ( long j = 0; j factor; j++ ) {
// 每个server有factor个hash值
// 使用server的域名或IP加上编号来计算hash值
// 比如server - "172.45.155.25:11111"就有factor个数据用来生成hash值：
// 172.45.155.25:11111-1, 172.45.155.25:11111-2, ..., 172.45.155.25:11111-factor
byte[] d = md5.digest( ( servers[i] + "-" + j ).getBytes() );
// 每个hash值生成4个虚拟节点
for ( int h = 0 ; h 4; h++ ) {
Long k =
((long)(d[3+h*4]0xFF) 24)
| ((long)(d[2+h*4]0xFF) 16)
| ((long)(d[1+h*4]0xFF) 8 )
| ((long)(d[0+h*4]0xFF));
// 在环上保存节点
consistentBuckets.put( k, servers[i] );
}
}
// 每个server一共分配4*factor个虚拟节点
}
// 采用有序map来模拟环
this.consistentBuckets = new TreeMap();
MessageDigest md5 = MD5.get();//用MD5来计算key和server的hash值
// 计算总权重
if ( this.totalWeight for ( int i = 0; i this.weights.length; i++ )
this.totalWeight += ( this.weights[i] == null ) ? 1 : this.weights[i];
} else if ( this.weights == null ) {
this.totalWeight = this.servers.length;
}
// 为每个server分配虚拟节点
for ( int i = 0; i servers.length; i++ ) {
// 计算当前server的权重
int thisWeight = 1;
if ( this.weights != null this.weights[i] != null )
thisWeight = this.weights[i];
// factor用来控制每个server分配的虚拟节点数量
// 权重都相同时，factor=40
// 权重不同时，factor=40*server总数*该server权重所占的百分比
// 总的来说，权重越大，factor越大，可以分配越多的虚拟节点
double factor = Math.floor( ((double)(40 * this.servers.length * thisWeight)) / (double)this.totalWeight );
for ( long j = 0; j factor; j++ ) {
// 每个server有factor个hash值
// 使用server的域名或IP加上编号来计算hash值
// 比如server - "172.45.155.25:11111"就有factor个数据用来生成hash值：
// 172.45.155.25:11111-1, 172.45.155.25:11111-2, ..., 172.45.155.25:11111-factor
byte[] d = md5.digest( ( servers[i] + "-" + j ).getBytes() );
// 每个hash值生成4个虚拟节点
for ( int h = 0 ; h 4; h++ ) {
Long k =
((long)(d[3+h*4]0xFF) 24)
| ((long)(d[2+h*4]0xFF) 16)
| ((long)(d[1+h*4]0xFF) 8 )
| ((long)(d[0+h*4]0xFF));
// 在环上保存节点
consistentBuckets.put( k, servers[i] );
}
}
// 每个server一共分配4*factor个虚拟节点
}
// 用MD5来计算key的hash值
MessageDigest md5 = MD5.get();
md5.reset();
md5.update( key.getBytes() );
byte[] bKey = md5.digest();
// 取MD5值的低32位作为key的hash值
long hv = ((long)(bKey[3]0xFF) 24) | ((long)(bKey[2]0xFF) 16) | ((long)(bKey[1]0xFF) 8 ) | (long)(bKey[0]0xFF);
// hv的tailMap的第一个虚拟节点对应的即是目标server
SortedMap tmap = this.consistentBuckets.tailMap( hv );
return ( tmap.isEmpty() ) ? this.consistentBuckets.firstKey() : tmap.firstKey();
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当前做分布式的厂商有几家，我知道比较出名的有“华为云分布式数据库DDM”和“阿里云分布式数据库”，感兴趣可以闭腊自行搜素了解下。
分布式数据库的几点概念可以了解一下。
数据分库：
以表为单位，把原有数据库切分成多个数据库。切分漏宽后不同的表存储在不同的数据库上。
以表中的数据行记录为单位，把原有逻辑数据库切分成多个物理数据库分片，表数据记录分布存储在各个分片上。
路由分发：
在分布式数据库中，路由的作用即将SQL语句进行解析，并转发到正确的分片上，保证SQL执行后得到正确的结果，并且节约QPS资源。
读写分离：
数据库中对计算和缓存资源消耗较多的往往是密集或复杂的SQL查询。当系统资源被查询语句消耗，反过来会影响数据写入操作，进而导致数据库整体性能下降，响应缓慢。因此，当数据库CPU和内存资源占用居高不下，且读写比例较高时，可以为数据库添加只读数返态亮据库。
普通的Web开发，常用的模式就是用户登录之后，登录状态信息保存在Session中，用户一些常用的热数据保存在文件缓存中，用户上传的附件信息保存在Web服务器的某个目录上。这种方式对于一般的Web应用，使用很方便，完全能够胜任。但是对于高并发的企业级网站，就应付不了了。需要采用Web集群实现负载均衡。
使用Web集群方式部署之后，首要调整的就是用户状态信息与附件信息。用户状态不能再保存到Session中，缓存也不能用本地Web服务器的文件缓存，以及附件，也不能保存在Web服务器上了。因为要埋祥卖保证集群里面的各个Web服务器，状态完全一致。因此，需要将用户状态、缓存等保存到专用的缓存服务器，比如Memcache。附件需要保存到云存储中。
Web负载均衡
Web负载均衡（Load Balancing），简单地说就是给我们的弯逗服务器集群分配“工作任务”，而采用恰当的分配方式，对于保护处于后端的Web服务器来说，非常重要。
负载均衡的策略有很多，我们从简单的讲起。
1. HTTP重定向
当用户发来请求的时候，Web服务器通过修改HTTP响应头中的Location标记来返回一个新的url，然后浏览器再继续请求这个新url，实际上就是页面重定宴兆向。通过重定向，来达到“负载均衡”的目标。
2. 反向代理负载均衡
反向代理服务的核心工作主要是转发HTTP请求，扮演了浏览器端和后台Web服务器中转的角色。因为它工作在HTTP层（应用层），也就是网络七层结构中的第七层，因此也被称为“七层负载均衡”。可以做反向代理的软件很多，比较常见的一种是Nginx。
Nginx是一种非常灵活的反向代理软件，可以自由定制化转发策略，分配服务器流量的权重等。反向代理中，常见的一个问题，就是Web服务器存储的session数据。
3. IP负载均衡
IP负载均衡服务是工作在网络层（修改IP）和传输层（修改端口，第四层），比起工作在应用层（第七层）性能要高出非常多。原理是，他是对IP层的数据包的IP地址和端口信息进行修改，达到负载均衡的目的。这种方式，也被称为“四层负载均衡”。常见的负载均衡方式，是LVS（Linux Virtual Server，Linux虚拟服务），通过IPVS（IP Virtual Server，IP虚拟服务）来实现。
Think3.2.3配置多个数据库连接方法：
一、全局配置定义
常用的配置方式是在应用配置文件或者模块配置文件中添加下面的配置参数：
//数据库配置信息
'DB_TYPE' = 'mysql', // 数据库类型
'DB_HOST' = 'localhost', // 服务器地址
'DB_NAME' = 'thinkphp', // 数据库名
'DB_USER' = 'root', // 用户名
'DB_PWD' = '123456', // 密码
'DB_PORT' = 3306, // 端口
'DB_PREFIX' = 'think_', // 数据库表前缀
'DB_CHARSET'= 'utf8', // 字符集
数据库的类型由DB_TYPE参数设置。
下面是目前支持的数据库设置：
DB_TYPE设置 支持的数据库类型
mysql或mysqli mysql
pgsql pgsql
sqlite sqlite
mssql 或sqlsrv sqlserver
oracle oracle
ibase ibase
mongo mongo
PDO PDO支持的所有数据库
如果DB_TYPE使用PDO类型的话，数据库类型则由DB_DSN配置决定。
或者采用如下配置
'DB_DSN' = 'mysql://root:123456@localhost:3306/thinkphp#utf8'
使用DB_DSN方式定义可以简化配置参数，DSN参数格式为：
数据库类型://用户名:密码@数据库地址:数据库端口/数据库名#字符集
字符集设置需要3.2.1版本以上有效，字符集如果没有设置的话，默认为utf8。
如果两种配置参数同时存在的话，DB_DSN配置参数优先。
注意：如果要设置分布式数据库，暂时不支持DB_DSN方式配置。
如果采用PDO驱动的话，则必须首先配置DB_TYPE为pdo，然后还需要单独配置其他参数，例如：
//PDO连接方式
'DB_TYPE' = 'pdo', // 数据库类型
'DB_USER' = 'root', // 用户名
'DB_PWD' = '', // 密码
'DB_PREFIX' = 'think_', // 数据库表前缀
'DB_DSN' = 'mysql:host=localhost;dbname=thinkphp;charset=utf8'
注意：PDO方式的DB_DSN配置格式有所区别，根据不同的数据库类型设物族置有所不同，具体可以参考PHP手册。
配置文件定义的数据库连接信息一般是系统默认采用的，因为一般一个应用的数据库访问配置是相同的。该方法系统在连接数据库的时候会自动获取，无需手动连接。
可以对每个缓闷模块定义不同的数据库连接信息，如果开启了调试模式的话，还可以在不同的应用状态的配置文件里面定义独立的数据库配置信息。
二、模型类定义
如果在某个模型类里面定义了connection属性的话，则实例化该自定义模型的时候会采用定义的数据库连接信息，而不是配置文件中设置的默认连接信息，通常用于某些数据表位于当前数据库连接之外的其它数据库，例如：
//在模型里单独设置数据库连接信息
namespace Home\Model;
use Think\Model;
class UserModel extends Model{
protected $connection = array(
'db_type' = 'mysql',
'db_user' = 'root',
'db_pwd' = '1234',
'db_host' = 'localhost',
'db_port' = '3306',
'db_name' = 'thinkphp',
'db_charset' = 'utf8',
);
}
也可以采用DSN方式定义，例如：
//在模型里单独设置数据库连接信息
namespace Home\Model;
use Think\Model;
class UserModel extends Model{
//或者使用DSN定义
protected $connection = 'mysql://root:1234@localhost:3306/thinkphp#utf8';
}
如果我们已经在配置文件中配置了额外的扰蚂弯数据库连接信息，例如：
//数据库配置1
'DB_CONFIG1' = array(
'db_type' = 'mysql',
'db_user' = 'root',
'db_pwd' = '1234',
'db_host' = 'localhost',
'db_port' = '3306',
'db_name' = 'thinkphp',
'db_charset'= 'utf8',
),
//数据库配置2
'DB_CONFIG2' = 'mysql://root:1234@localhost:3306/thinkphp#utf8';
那么，我们可以把模型类的属性定义改为：
//在模型里单独设置数据库连接信息
namespace Home\Model;
use Think\Model;
class UserModel extends Model{
//调用配置文件中的数据库配置1
protected $connection = 'DB_CONFIG1';
}
//在模型里单独设置数据库连接信息
namespace Home\Model;
use Think\Model;
class InfoModel extends Model{
//调用配置文件中的数据库配置1
protected $connection = 'DB_CONFIG2';
}
三、实例化定义
除了在模型定义的时候指定数据库连接信息外，我们还可以在实例化的时候指定数据库连接信息，例如： 如果采用的是M方法实例化模型的话，也可以支持传入不同的数据库连接信息，例如：
$User = M('User','other_','mysql://root:1234@localhost/demo#utf8');
表示实例化User模型，连接的是demo数据库的other_user表，采用的连接信息是第三个参数配置的。如果我们在项目配置文件中已经配置了DB_CONFIG2的话，也可以采用：
$User = M('User','other_','DB_CONFIG2');
需要注意的是，ThinkPHP的数据库连接的惰性的，所以并不是在实例化的时候就连接数据库，而是在有实际的数据操作的时候才会去连接数据库（额外的情况是，在系统第一次实例化模型的时候，会自动连接数据库获取相关模型类对应的数据表的字段信息）。
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