3. Memcached和Redis關鍵技術對比
作爲內存數據緩衝系統，Memcached和Redis均具有很高的性能，但是兩者在關鍵實現技術上具有很大差異，這種差異決定了兩者具有不同的特點和不同的適用條件。下面我們會對兩者的關鍵技術進行一些對比，以此來揭示兩者的差異。
3.1 Memcached和Redis的內存管理機制對比
對於像Redis和Memcached這種基於內存的數據庫系統來說，內存管理的效率高低是影響系統性能的關鍵因素。傳統C語言中的malloc/free函數是最常用的分配和釋放內存的方法，但是這種方法存在着很大的缺陷：首先，對於開發人員來說不匹配的malloc和free容易造成內存泄露；其次，頻繁調用會造成大量內存碎片無法回收重新利用，降低內存利用率；最後，作爲系統調用，其系統開銷遠遠大於一般函數調用。所以，爲了提高內存的管理效率，高效的內存管理方案都不會直接使用malloc/free調用。Redis和Memcached均使用了自身設計的內存管理機制，但是實現方法存在很大的差異，下面將會對兩者的內存管理機制分別進行介紹。
3.1.1 Memcached的內存管理機制
Memcached默認使用Slab Allocation機制管理內存，其主要思想是按照預先規定的大小，將分配的內存分割成特定長度的塊以存儲相應長度的key-value數據記錄，以完全解決內存碎片問題。Slab Allocation機制只爲存儲外部數據而設計，也就是說所有的key-value數據都存儲在Slab Allocation系統裏，而Memcached的其它內存請求則通過普通的malloc/free來申請，因爲這些請求的數量和頻率決定了它們不會對整個系統的性能造成影響
Slab Allocation的原理相當簡單。 如圖3所示，它首先從操作系統申請一大塊內存，並將其分割成各種尺寸的塊Chunk，並把尺寸相同的塊分成組Slab Class。其中，Chunk就是用來存儲key-value數據的最小單位。每個Slab Class的大小，可以在Memcached啓動的時候通過制定Growth Factor來控制。假定Figure 1中Growth Factor的取值爲1.25，所以如果第一組Chunk的大小爲88個字節，第二組Chunk的大小就爲112個字節，依此類推。
圖3 Memcached內存管理架構
當Memcached接收到客戶端發送過來的數據時首先會根據收到數據的大小選擇一個最合適的Slab Class，然後通過查詢Memcached保存着的該Slab Class內空閒Chunk的列表就可以找到一個可用於存儲數據的Chunk。當一條數據庫過期或者丟棄時，該記錄所佔用的Chunk就可以回收，重新添加到空閒列表中。從以上過程我們可以看出Memcached的內存管理制效率高，而且不會造成內存碎片，但是它最大的缺點就是會導致空間浪費。因爲每個Chunk都分配了特定長度的內存空間，所以變長數據無法充分利用這些空間。如圖 4所示，將100個字節的數據緩存到128個字節的Chunk中，剩餘的28個字節就浪費掉了。
圖4 Memcached的存儲空間浪費
3.1.2 Redis的內存管理機制
Redis的內存管理主要通過源碼中zmalloc.h和zmalloc.c兩個文件來實現的。Redis爲了方便內存的管理，在分配一塊內存之後，會將這塊內存的大小存入內存塊的頭部。如圖 5所示，real_ptr是redis調用malloc後返回的指針。redis將內存塊的大小size存入頭部，size所佔據的內存大小是已知的，爲size_t類型的長度，然後返回ret_ptr。當需要釋放內存的時候，ret_ptr被傳給內存管理程序。通過ret_ptr，程序可以很容易的算出real_ptr的值，然後將real_ptr傳給free釋放內存。
圖5 Redis塊分配
Redis通過定義一個數組來記錄所有的內存分配情況，這個數組的長度爲ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT。數組的每一個元素代表當前程序所分配的內存塊的個數，且內存塊的大小爲該元素的下標。在源碼中，這個數組爲zmalloc_allocations。zmalloc_allocations[16]代表已經分配的長度爲16bytes的內存塊的個數。zmalloc.c中有一個靜態變量used_memory用來記錄當前分配的內存總大小。所以，總的來看，Redis採用的是包裝的mallc/free，相較於Memcached的內存管理方法來說，要簡單很多。