Memcached二进制协议深度解析

俞凯润

于 2025-06-03 09:00:51 发布

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Memcached二进制协议深度解析

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

协议概述

Memcached二进制协议是高性能键值缓存系统Memcached的核心通信规范。与文本协议相比，二进制协议具有更高的处理效率和更精确的错误控制能力。该协议采用固定24字节头部+可变长度体的结构设计，专为追求极致性能的场景优化。

协议核心设计

报文结构

所有通信数据包都遵循统一格式：

+---------------------+---------------------+
|       头部          |       数据体        |
| (固定24字节)        | (可变长度)          |
+---------------------+---------------------+

数据体又分为三个可选部分：

Extras：命令特定附加信息
Key：键名字节串
Value：值数据字节串

头部字段详解

请求头与响应头结构相似但存在关键差异：

| 字段名 | 字节位置 | 请求头用途 | 响应头用途 | |---------------|----------|---------------------------|---------------------------| | Magic | 0 | 标识请求(0x80) | 标识响应(0x81) | | Opcode | 1 | 操作命令代码 | 回显请求命令代码 | | Key Length | 2-3 | 键名长度 | 键名长度 | | Extras Length | 4 | 附加信息长度 | 附加信息长度 | | Data Type | 5 | 保留字段 | 保留字段 | | Status | 6-7 | 未使用 | 响应状态码 | | Body Length | 8-11 | 总数据体长度 | 总数据体长度 | | Opaque | 12-15 | 客户端跟踪标识 | 回显客户端标识 | | CAS | 16-23 | 数据版本标识 | 数据版本标识 |

关键协议元素

状态码定义

| 状态码 | 含义 | |--------|--------------------------| | 0x0000 | 成功 | | 0x0001 | 键不存在 | | 0x0002 | 键已存在 | | 0x0003 | 值过大 | | 0x0004 | 参数无效 | | 0x0005 | 存储失败 | | 0x0006 | 非数值的增减操作 | | 0x0081 | 未知命令 | | 0x0082 | 内存不足 |

核心操作命令

Memcached支持丰富的操作命令，主要分为三类：

基础数据操作：
- 0x00 GET：获取键值
- 0x01 SET：设置键值
- 0x02 ADD：新增键值
- 0x03 REPLACE：替换键值
特殊操作：
- 0x05 INCR：数值递增
- 0x06 DECR：数值递减
- 0x0E APPEND：值追加
- 0x0F PREPEND：值前置
管理命令：
- 0x07 QUIT：关闭连接
- 0x08 FLUSH：清空缓存
- 0x0B VERSION：获取版本
- 0x10 STAT：获取统计信息

静默命令机制

命令码后缀带"Q"表示静默模式(如GETQ/SETQ)，该设计显著提升批量操作效率：

静默命令仅在必要时返回响应
适合管道化批量操作场景
客户端应组合使用静默与非静默命令实现高效批处理

典型命令详解

GET操作流程

请求格式：

必须包含Key
禁止包含Extras和Value

成功响应：

包含4字节Flags的Extras
可选包含Key(GETK命令)
包含Value数据

示例二进制流：

请求头：
Magic:0x80 Opcode:0x00 KeyLen:5 ExtrasLen:0
BodyLen:5 Opaque:123 CAS:0
Key:"hello"

响应头：
Magic:0x81 Opcode:0x00 Status:0x0000
Extras:4字节Flags BodyLen:9+5=14
Value:"world" + Flags数据