一、Memcached ClientLib For .Net
首先，不得不說，許多語言都實現了連接Memcached的客戶端，其中以Perl、PHP為主。 僅僅memcached網站上列出的語言就有：Perl、PHP、Python、Ruby、C#、C/C++以及Lua等。
那么，我們作為.Net碼農，自然是使用C#。既然Memcached客戶端有.Net版，那我們就去下載一個來試試。
下載文件：http://pan.baidu.com/s/1w9Q8I
memcached clientlib項目地址：http://sourceforge.net/projects/memcacheddotnet/
解壓該包，里面有1.1和2.0兩個版本的，這里我們使用2.0版本的。（在壓縮包中的目錄地址為：\memcacheddotnet_clientlib-1.1.5\memcacheddotnet\trunk\clientlib\src\clientlib\bin\2.0\Release）
上面的這四個dll就是我們需要引入項目中的程序集，有了他們，我們就可以和Memcached服務器進行通信了，爽歪歪啊。
二、在.Net中進行Memcached基本操作
2.1 基本的Memcached客戶端操作
（1）首先，打開Windows Server 2003虛擬機，開啟Memcached服務；（非必要操作，如果您是在本機，則可跳過這一步，只需開啟Memcached服務即可）
（2）①打開VS，新建一個C#的控制台應用程序，取名為：MemcachedClientDemo。
②新建一個文件夾，取名為Lib，然后將上面下載的客戶端程序集dll拷貝到這個文件夾中，並添加對這幾個dll的引用。
（3）開始寫代碼，通過Memcached客戶端與服務器進行通信，請參閱下面的代碼：
[STAThread] static void Main(string[] args) { // Memcached服務器列表 // 如果有多台服務器，則以逗號分隔，例如："192.168.80.10:11211","192.168.80.11:11211" string[] serverList = { "192.168.80.10:11211" }; // 初始化SocketIO池 string poolName = "MyPool"; SockIOPool sockIOPool = SockIOPool.GetInstance(poolName); // 添加服務器列表 sockIOPool.SetServers(serverList); // 設置連接池初始數目 sockIOPool.InitConnections = 3; // 設置連接池最小連接數目 sockIOPool.MinConnections = 3; // 設置連接池最大連接數目 sockIOPool.MaxConnections = 5; // 設置連接的套接字超時時間（單位：毫秒） sockIOPool.SocketConnectTimeout = 1000; // 設置套接字超時時間（單位：毫秒） sockIOPool.SocketTimeout = 3000; // 設置維護線程運行的睡眠時間：如果設置為0，那么維護線程將不會啟動 sockIOPool.MaintenanceSleep = 30; // 設置SockIO池的故障標志 sockIOPool.Failover = true; // 是否用nagle算法啟動 sockIOPool.Nagle = false; // 正式初始化容器 sockIOPool.Initialize(); // 獲取Memcached客戶端實例 MemcachedClient memClient = new MemcachedClient(); // 指定客戶端訪問的SockIO池 memClient.PoolName = poolName; // 是否啟用壓縮數據：如果啟用了壓縮，數據壓縮長於門檻的數據將被儲存在壓縮的形式 memClient.EnableCompression = false; Console.WriteLine("----------------------------測試開始----------------------------"); // 01.簡單的添加與讀取操作 memClient.Set("test1", "edisonchou"); Console.WriteLine("test1:{0}", memClient.Get("test1")); // 02.先添加后修改再讀取操作 memClient.Set("test2", "jacky"); Console.WriteLine("test2:{0}", memClient.Get("test2")); memClient.Set("test2", "edwin"); Console.WriteLine("test2:{0}", memClient.Get("test2")); memClient.Replace("test2", "lousie"); Console.WriteLine("test2:{0}", memClient.Get("test2")); // 03.判斷Key值是否存在 if (memClient.KeyExists("test2")) { Console.WriteLine("Key:test2 is existed"); } // 04.刪除指定Key值的數據 memClient.Add("test3", "memcached"); Console.WriteLine("test3:{0}", memClient.Get("test3")); memClient.Delete("test3"); if (!memClient.KeyExists("test3")) { Console.WriteLine("Key:test3 is not existed"); } // 05.設置數據過期時間：5秒后過期 memClient.Add("test4", "expired", DateTime.Now.AddSeconds(5)); Console.WriteLine("test4:{0}", memClient.Get("test4")); Console.WriteLine("Please waiting the sleeping time"); System.Threading.Thread.Sleep(6000); if(!memClient.KeyExists("test4")) { Console.WriteLine("test4 is expired"); } Console.WriteLine("----------------------------測試完成----------------------------"); // 關閉SockIO池 sockIOPool.Shutdown(); Console.ReadKey(); }
這里，我們來細細分析下這段神奇的代碼：
①首先定義了一個string類型的數組來記錄Memcached服務器的IP與端口信息，這里需要注意的是如果有多台Memcached服務器，需要使用逗號分隔開，例如："192.168.80.10:11211","192.168.80.11:11211","192.168.80.12:11211"；
②SockIOPool是一個基於Socket（套接字）的連接池，換個方式理解：Memcached其實就是一個Socket的服務器端，它不停地接收Memcached客戶端發來的讀寫請求命令。這里使用了SockIOPool.GetInstance("MyPool")來獲取一個名為MyPool的連接池實例，看到GetInstance()這個靜態方法，我們便知道這是采用了單例模式。后面我們為其配置了可訪問的Memcached服務器列表、連接數、套接字超時時間等配置，最后調用Initialize()方法正式地初始化連接池，等待后面客戶端的連接；
PS：神馬是Socket？我們可以通過一個生活中的場景來理解：假如你要打電話給一個朋友，拿起電話先撥號，朋友聽到電話鈴聲后提起電話，這時你和你的朋友就建立起了連接，就可以講話了。等到你們的交流結束，掛斷電話以結束此次交談。So，這里的電話就是一個Socket，你打電話相當於申請了一個Socket，告訴了Socket你要打給誰（對方的電話號碼你事先知道）。然后，你和對方進行聊天通話，相當於在向Socket發送數據和從Socket接收數據。最后，通話結束后，一方掛掉電話則相當於關閉Socket，撤銷連接。
在計算機網絡的連接過程中，客戶端Socket一般會記錄服務器主機的IP地址、端口號，然后向服務器端進行連接並發送和接受數據。而服務器端開啟一個監聽的服務，則是相當於使用Socket指定監聽的端口，然后等待客戶端的連接，客戶端連接后則產生一個會話。會話完成后，則關閉連接。
③創建一個新的MemcachedClient（Memcached客戶端）對象，並指定要連接的套接字連接池的名稱，設置是否啟用壓縮（這里設置為false）。這里我們了解一下為什么要設置是否起用壓縮： 在Memcached中，數據是以Key/Value對的形式進行存儲，Key的長度是有限制的，Memcached服務端內部限制Key為250字符，這個長度絕對是夠用了，建議不要超過最大長度，盡量控制在200個字符以下。其實，我們最關心的還是Value的限制長度，Value的限制大小為1MB，那么如果有時候超過了1MB怎么辦呢？這時候也許就可以使用壓縮了，使用壓縮后如果小於1Mb還是可以存儲到該Key中。但如果即使壓縮后還是超過1Mb，那可能會拆分到多個Key中去了。
PS：Key不能有空格和控制字符。推薦使用較短的Key，可以節省服務器內存和網絡帶寬。另外，最重要的一點是：Key不能重復！
④使用客戶端為我們提供的各種讀寫API方法進行讀寫測試，如Set、Get、Replace、Add可以進行數據的添加和修改，而KeyExists則可以判斷服務器中是否含有指定Key的數據，Delete則提供了刪除指定Key的接口。這里，大家可以通過看代碼就可以理解，我就不多廢話了。大家可以注意到有個數據過期時間的可選參數，當數據在服務器中存儲了一定時間后就會失效，這個參數相當有用。
（4）現在我們通過調試，查看這段代碼的結果：
2.2 進階的Memcached客戶端操作
（1）在虛擬機中克隆已存在的Windows Server，並設置這兩台服務器名稱為：MemcacheServer1和MemcachedServer2，IP地址設置為：192.168.80.10與192.168.80.11，測試兩台虛擬機與宿主機是否能夠互相Ping通，為構建Memcached服務器集群做一個最小化的准備；
（2）既然我們有了兩台Memcached服務器，那我們得試試Memcached集群啊，由於Memcached的集群是在客戶端實現，所以我們只需要將服務器的IP地址和端口號加入服務器列表的string數組就可以了。於是，我們修改上面的代碼：
①首先新建一個App.config文件，新增一個AppSetting項如下：一般來說，服務器的地址信息都是寫在配置文件中的，為了追求標准，我們也寫在配置文件里邊
②將serverList重新定義：使用配置文件里邊的Value；這里需要注意的是，要使用ConfigurationManager這個類，需要在引用中添加對System.Configuration這個dll的引用；
string[] serverList = ConfigurationManager.AppSettings["MemcachedServers"].Split(',');
（3）現在我們先重啟Memcached1（192.168.80.10）的Memcached服務，清空已經緩存的數據內容，確保兩台服務器現在都沒有數據；然后，重新運行代碼，再次完成代碼測試，測試結果還是如下圖，說明我們配置的兩台Memcached集群已經配置成功。
（4）在虛擬機中使用telnet查看每台服務器具體保存了哪個Key/Value對，這里由於test3和test4均被刪除或已失效，所以只需查看前兩個Key/Value對：
①MemcacheServer1(192.168.80.10)：保存了第二個Key/Value對，<test2:lousie>
②MemcacheServer2(192.168.80.11)：保存了第一個Key/Value對，<test1:edisonchou>
（5）到此，我們已經完成了一個最小化的memcached集群讀寫測試Demo。但是，在實際的開發場景中，遠不僅僅是存儲一個字符串，更多的是存儲一個自定義的類的實例對象。這就需要使用到序列化，下面我們來新加一個類MyObject，讓其作為可序列化的對象來存儲進Memcached中。注意：需要為該類加上[Serializable]的特性！
[Serializable] public class MyObject { public int ID { get; set; } public string Name { get; set; } }
然后，在主代碼中添加以下幾行代碼，增加對自定義對象的讀寫測試：
// 06.自定義對象存儲 MyObject myObj = new MyObject(); myObj.ID = 12138; myObj.Name = "愛迪生周"; memClient.Set("test5", myObj); MyObject newMyObj = memClient.Get("test5") as MyObject; Console.WriteLine("Hello,My ID is {0} and Name is {1}", newMyObj.ID, newMyObj.Name);
最后，運行代碼，查看結果如下：
（6）怎么樣，圓滿完成對自定義對象的讀寫操作吧？現在，我們再看看這個自定義對象是存到了哪台服務器上：經查詢，test5是存儲到了MemcacheServer2（192.168.80.11）上。
三、回頭再看Memcached數據訪問模型
經過了剛剛一系列的實踐操作，我們在一個最小化的由兩台Windows Server搭建的Memcached集群上進行了讀寫操作測試。那么，我們不由得想要去看看到底Memcached是怎樣進行數據訪問的呢？別急，現在我們就來看看，由實踐到理論，深入理解一下。
（1）添加新的鍵值對數據
從圖中可以看出，Memcached雖然稱為“分布式”緩存服務器，但服務器端並沒有“分布式”功能，而是完全由客戶端程序庫實現的。服務端之間沒有任何聯系，數據存取都是通過客戶端的算法實現的。當客戶端要存取數據時，首先會通過算法查找自己維護的服務器哈希列表，找到對應的服務器后，再將數據存往指定服務器。例如：上圖中應用程序要新增一個<'tokyo',data>的鍵值對，它同過set操作提交給Memcached客戶端，客戶端通過一定的哈希算法（比如：一般的求余函數或者強大的一致性Hash算法）從服務器列表中計算出一個要存儲的服務器地址，最后將該鍵值對存儲到計算出來的服務器里邊。
（2）獲取已存在的鍵值對數據
上圖中應用程序想要獲取Key為‘tokyo’（東京這么熱，還要取它的值是干神馬呢？）的Value，於是它向Memcached客戶端提交了一個Get請求，Memcached客戶端還是通過算法從服務器列表查詢哪台服務器存有Key為‘tokyo’的Value（即選擇剛剛Set到了哪台服務器），如果查到，則向查到的服務器請求返回Key為‘tokyo’的數據。
（3）Memcached分布式的核心—一致性Hash算法
一致性Hash算法是分布式緩存的核心理論，我也學習得不深入，也只是剛剛了解了一下，后面我有空深入學習一下，再單獨寫一篇博文來介紹它，並使用C#來粗略地實現一下這個算法。現在我就簡單地介紹一下，其實這部分內容我之前寫入了我的另一篇博文《大型網站技術架構讀書筆記之網站的可伸縮架構》中，有興趣的朋友也可以去看看這篇文章。
首先，簡單的路由算法（通過使用余數Hash）無法滿足業務發展時服務器擴容的需要：緩存命中率下降。例如：當3台服務器擴容至4台時，采用普通的余數Hash算法會導致大約75%（3/4）被緩存了的數據無法正確命中，隨着服務器集群規模的增大，這個比例會線性地上升。那么，可以想象，當100台服務器的集群中加入一台服務器，不能命中的概率大概是99%（N/N+1），這個結果顯然是無法接受的。那么，能否通過改進路由算法，使得新加入的服務器不影響大部分緩存數據的正確性呢？請看下面的一致性Hash算法。
一致性Hash算法通過一個叫做一致性Hash環的數據結構實現KEY到緩存服務器的Hash映射，如下圖所示：
具體算法過程是：
①先構造一個長度為0~2^32（2的32次冪）個的整數環（又稱：一致性Hash環），根據節點名稱的Hash值將緩存服務器節點放置在這個Hash環中，如上圖中的node1，node2等；
②根據需要緩存的數據的KEY值計算得到其Hash值，如上圖中右半部分的“鍵”，計算其Hash值后離node2很近；
③在Hash環上順時針查找距離這個KEY的Hash值最近的緩存服務器節點，完成KEY到服務器的Hash映射查找，如上圖中離右邊這個鍵的Hash值最近的順時針方向的服務器節點是node2，因此這個KEY會到node2中讀取數據；
當緩存服務器集群需要擴容的時候，只需要將新加入的節點名稱（如node5）的Hash值放入一致性Hash環中，由於KEY總是順時針查找距離其最近的節點，因此新加入的節點只影響整個環中的一部分。如下圖中所示，添加node5后，只影響右邊逆時針方向的三個Key/Value對數據，只占整個Hash環中的一小部分。
因此，我們可以與之前的普通余數Hash作對比：采用一致性Hash算法時，當3台服務器擴容到4台時，可以繼續命中原有緩存數據的概率為75%，遠高於普通余數Hash的25%，而且隨着集群規模越大，繼續命中原有緩存數據的概率也會隨之增大。當100台服務器增加1台時，繼續命中的概率是99%。雖然，仍有小部分數據緩存在服務器中無法被讀取到，但是這個比例足夠小，通過訪問數據庫也不會對數據庫造成致命的負載壓力。
四、學習小結
在本篇我首先花了大力氣來介紹如何使用Memcached客戶端在.Net中進行常用的基礎讀寫操作，並通過VMWare Workstation構建了一個由兩台Windows Server組成的最小化的Memcached服務器集群。其次，我通過使用C#調用Memcached客戶端，將數據保存到Memcached服務器集群中，並驗證了是否保存於集群中。最后，返回到Memcached的數據訪問模型上，從理論到實踐，再從實踐返回到理論，理解Memcached的互不通信的集群模式與數據讀寫流程，並簡單了解了一下分布式技術中最核心的算法：一致性Hash算法。
不知不覺都快1:20了，今天就到此停筆關機，洗洗睡了。后面，我會介紹在ASP.NET MVC中應用Memcached來解決登錄狀態的案例，也就是Session會話對象的分布式存儲。如果大家覺得有用或者有興趣，那就敬請期待了，也請麻煩點個“推薦”，讓我更有動力寫下去，謝謝！
參考文獻
（1）傳智播客馬倫，《Memcached公開課》，http://bbs.itcast.cn/thread-14836-1-1.html
（2）charlee，《Memcached完全剖析》，http://kb.cnblogs.com/page/42731/
（3）小城歲月，《分布式緩存Memcached入門》，http://www.cnblogs.com/mecity/archive/2011/06/13/Memcached.html
（4）吸水的技術點點，《分布式緩存系統Memcached簡介與實踐》，http://www.cnblogs.com/zjneter/archive/2007/07/19/822780.html
（5）源碼工作室，《揭開Socket編程的面紗》，http://goodcandle.cnblogs.com/archive/2005/12/10/294652.aspx
附件下載
（1）Memcached ClientLib：http://pan.baidu.com/s/1w9Q8I
（2）MemcachedClientDemo：http://pan.baidu.com/s/1hqrDUss