Nginx Memcached缓存模块简述

Nginx 的 ngx_http_memcached_module 模块本身并没有提供缓存功能，它只是一个将用户请求转发到 Memcached 服务器的代理模块。

在以 Memcached 服务器为缓存应用的方案中，Memcached 作为内容缓存的存储服务器，用户通过 URL 为 Memcached 的 key 将 Web 请求数据缓存到 Memcached 服务器中，在客户端发起请求时，Nginx 通过一致的 URL 为 key，快速地从 Memcached 服务器中将缓存的内容作为用户的请求响应数据返回给客户端。

Memcached 是一个开源、高性能的内存对象缓存系统，使用 Memcached 服务器作为缓存存储服务器，充分利用了 Memcached 的高效缓存功能，减少了 Nginx 服务器磁盘 I/O 的操作，也可以通过 upstream 指令对多台 Memcached 做分布式集群负载，以便整体提升 Nginx 缓存服务器的性能。

Memcached 缓存模块配置指令如下表所示。

配置样例如下：

server {
    location / {
        set            $memcached_key "$uri?$args";  # 设置Memcached缓存key
        memcached_pass 127.0.0.1:11211;              # 设置被代理Memcached地址
        error_page     404 502 504 = @fallback;      # 返回状态码404、502、504时跳入内部请求
    }

    location @fallback {
        proxy_pass     http://backend;               # 将请求转发给后端服务器
    }
}

Memcached 缓存应用

为了提高动态网站的响应速度，有时会采用将动态网站转换成静态化文件的方式进行优化，而相对于磁盘存储，使用 Memcached 进行静态文件的存储则可以进一步提升网站的响应速度。Memcached 是基于内存的高性能对象缓存系统，因为存储数据都是在内存中的，所以减少了系统的 I/O 操作，从而避免了因磁盘性能带来的影响。

使用 Memcached 作为缓存存储服务器，可以直接利用 Memcached 缓存的过期机制实现缓存的自动化过期管理，且利用 Nginx 的负载机制和 Memcached 分布式特性，可以非常方便地横向扩展，以提升处理性能。Memcached 缓存应用场景如下图所示。

图：Memcached 缓存应用

Web 服务器将动态文件以请求 URI 作为 Memcached 的 key 初始化到 Memcached 服务器中；Nginx 将用户请求转发到 Memcached 服务器中，并将以请求 URI 作为 Memcached key 的数据返回给用户；当 Memcached 的请求失败后，则将请求转发给后端 Web 服务器的接口动态生成对应的静态文件，返回响应数据并更新 Memcached。

Memcached 的安装非常简单，在 CentOS 7 系统下使用 yum 安装即可，安装方法如下：

yum -y install memcached

cat /etc/sysconfig/memcached
PORT="11211"                  # 端口
USER="memcached"
MAXCONN="1024"          # 最大连接数
CACHESIZE="64"              # 使用内存大小为64M
OPTIONS=""

systemctl start memcached

Nginx 服务器配置样例如下：

upstream backend {
    server 192.168.2.145:8190;                              # 后端PHP服务器IP
}

upstream memcached {
    hash $host$request_uri consistent;                      # 一致性hash
    server 192.168.2.145:11211;                             # Memcached服务器IP
    server 192.168.2.109:11211;                             # Memcached服务器IP
}

server {
    listen       8181;
    access_log logs/mem_access.log;
    set $memcached_key $host$request_uri;                   # 设置Memcached的key
    location / {
        memcached_connect_timeout 5s;             # 与Memcached建立连接超时时间为5s
        memcached_read_timeout 2s;                # 连续两次读的超时时间为2s
        memcached_send_timeout 2s;                # 连续两次写的超时时间为2s
        memcached_pass memcached;                 # 代理到Memcached集群
        add_header X-Cache-Satus HIT;             # 显示缓存命中状态
        add_header Content-Type 'text/html; charset=utf-8'; # 强制响应数据格式为html
    }

    error_page     404 502 504 = @fallback;

    location @fallback {
        proxy_set_header   X-Memcached-Key $memcached_key;  # 将memecached key传递
                                                            # 给PHP服务器
        proxy_pass     http://backend;                      # PHP服务器
    }
}

为了方便演示 Memcached 的使用方法，在此处提供了一段简单的 PHP 测试代码。在测试代码中，使用了 PHP 模块 Memcached 与 Nginx 兼容的一致性哈希算法实现分布式 Memcached 集群的支持。

<?php
    // 测试数据
    $html = file_get_contents('https://www.baidu.com');
    if ($_SERVER['REQUEST_METHOD'] != 'GET' || !isset($_SERVER['HTTP_X_MEMCACHED_KEY']) || !$_SERVER['HTTP_X_MEMCACHED_KEY']) {
        echo $html;
        exit();
    }
    $memcachedKey = $_SERVER['HTTP_X_MEMCACHED_KEY'];
    // 初始化Memcached
    $memcached = new Memcached();
    // 配置分布式hash一致性算法，兼容Nginx的Ketama算法
    $memcached->setOptions(array(
        Memcached::OPT_DISTRIBUTION=>Memcached::DISTRIBUTION_CONSISTENT,
        Memcached::OPT_LIBKETAMA_COMPATIBLE=>true,
        Memcached::OPT_REMOVE_FAILED_SERVERS=>true,
        Memcached::OPT_COMPRESSION=>false
    ));
    // 添加Memcached服务器
    $memcached->addServers(array(
        array('192.168.2.145', 11211),
        array('192.168.2.109', 11211)
    ));
    // 存储到Memcached，缓存有效期1天
    $memcached->set($memcachedKey, $html, 86400);
    //调试用
    header('X-Cache-Status: MISS');
    header('X-Cache-Key: ' . $memcachedKey);
    //输出静态文件
    print $html;
?>