Memcached协议详解：从基础命令到元命令操作指南

Memcached协议详解：从基础命令到元命令操作指南

memcached memcached development tree 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mem/memcached

协议概述

Memcached采用基于TCP的文本协议进行客户端与服务器通信（也支持UDP协议）。客户端通过建立TCP连接到Memcached服务器的指定端口，发送命令并读取响应，完成操作后可随时关闭连接。

连接管理最佳实践：建议客户端缓存连接而非频繁创建新连接。Memcached专为处理大量并发连接（数百甚至上千）而优化，连接复用可避免TCP三次握手带来的性能损耗。

数据传输格式

协议中传输两种类型数据：

1. 文本行：用于命令和响应，以\r\n结尾
2. 非结构化数据：存储/检索的实际数据块，服务器会原样传输字节流

关键细节：虽然数据块也以\r\n结尾，但客户端必须依赖数据长度而非分隔符来确定数据边界，因为数据内容本身可能包含任意字节（包括\r和\n）。

键(Key)规范

• 最大长度：250字符
• 禁止包含：控制字符和空白符
• 功能：唯一标识存储的数据

命令类型详解

1. 存储命令

包含6种操作：

• set：存储数据（无条件）
• add：仅当键不存在时存储
• replace：仅当键存在时更新
• append：向现有值追加数据
• prepend：向现有值前插数据
• cas：带版本检查的原子更新

存储命令格式：

<command> <key> <flags> <exptime> <bytes> [noreply]\r\n
<data block>\r\n

参数说明：

• flags：16/32位无符号整数（客户端自定义标记）
• exptime：过期时间（0=永不过期，负数=立即过期）
• bytes：数据块字节数
• noreply：可选无响应模式

2. 检索命令

包含4种操作：

• get：获取键值
• gets：获取键值+CAS令牌
• gat：获取并更新过期时间
• gats：获取+更新过期时间+CAS令牌

响应格式：

VALUE <key> <flags> <bytes> [<cas>]\r\n
<data>\r\n
...
END\r\n

3. 其他命令

包括删除、计数、触摸等不涉及数据块传输的命令：

• delete：删除键
• incr/decr：原子增减数值
• touch：更新过期时间
• flush_all：清空所有数据

元命令(Meta Commands)革命

元命令是Memcached协议的重要演进，通过标志位系统实现了高度灵活的指令集。

核心优势

• 统一了二进制协议的功能
• 通过标志位组合替代大量独立命令
• 与原有协议完全兼容

通用语法

请求格式：

<2字符命令> <key> <datalen?> <flag1> <flag2>...\r\n

响应格式：

<2字符响应码> <datalen?> <flag1> <flag2>...\r\n

标志位系统

标志位是单字符代码，例如：

• q：静默模式
• k：返回键名
• I：设置数值
• t：获取剩余TTL

标志位可带参数，如Oopaque传递不透明数据，Kuserkey指定用户键。

实用特性

• 支持P和L透传参数（用于代理路由）
• 错误处理与标准协议一致
• 支持二进制键（通过base64编码）

过期时间处理

Memcached支持两种过期时间表示法：

1. 绝对时间戳：Unix时间（32位秒数）
2. 相对偏移量：当前时间起的秒数（≤30天）

重要细节：TTL=1可能立即过期，因服务器按秒粒度更新时间。

错误处理体系

1. ERROR\r：无效命令
2. CLIENT_ERROR <msg>\r：客户端协议错误
3. SERVER_ERROR <msg>\r：服务器端错误（严重时会断开连接）

认证机制

通过模拟set命令实现认证：

set <ignored> 0 0 <auth_len>\r\n
<username> <password>\r\n

响应：

• STORED\r：成功
• CLIENT_ERROR\r：失败

高级操作指南

CAS（检查并设置）

实现原子更新的关键命令流程：

1. 使用gets获取数据+CAS令牌
2. 修改数据
3. 使用cas命令带令牌更新

数值操作注意事项

• incr/decr要求现有值为合法64位无符号整数
• 下溢保护：decr结果不低于0
• 上溢处理：incr结果会64位回绕

元命令实战示例

获取键值并返回元数据：

mg mykey v t k\r\n

响应可能包含：

• 值数据（v标志）
• 剩余TTL（t标志）
• 键名（k标志）

性能优化建议

1. 连接池：复用TCP连接避免握手开销
2. 批量获取：单次get请求多个键减少网络往返
3. 合理过期：避免使用极短TTL（<1s可能立即失效）
4. CAS慎用：仅在必要场景使用版本控制
5. 二进制数据：通过元命令的base64支持处理二进制键

通过深入理解Memcached协议规范，开发者可以构建高性能、可靠的缓存解决方案，充分发挥Memcached作为分布式内存缓存系统的优势。

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