ممکشد (Memcached) چیست و چرا باید از آن استفاده کنیم؟

ممکشد (Memcached) یک سیستم کشینگ قدرتمند و پرکاربرد است که برای افزایش سرعت بارگذاری صفحات وب‌سایت‌ها و کاهش فشار روی پایگاه داده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در دنیای وب، سرعت وب‌سایت یکی از عوامل کلیدی در تجربه کاربری، سئو و افزایش نرخ تبدیل است. کندی در بارگذاری صفحات می‌تواند باعث نارضایتی کاربران و کاهش درآمد کسب‌وکارهای آنلاین شود.

Memcached با ذخیره‌سازی موقت داده‌ها و اشیاء (Objectها) در حافظه RAM، دسترسی سریع‌تری به اطلاعات پرکاربرد فراهم می‌کند و در نتیجه باعث افزایش چشمگیر عملکرد وب‌سایت‌ها و اپلیکیشن‌ها می‌شود. در این مقاله، با ساختار، کاربردها، مزایا و نحوه راه‌اندازی ممکشد در پروژه‌های وب آشنا خواهید شد.

ممکشد (Memcached) چیست؟

ممکشد (Memcached) یک سیستم کشینگ قدرتمند، رایگان و متن‌باز است که در سال ۲۰۰۳ توسط Brad Fitzpatrick توسعه داده شد. این نرم‌افزار با هدف افزایش سرعت وب‌سایت‌ها از طریق ذخیره‌سازی موقت داده‌ها در حافظه RAM طراحی شده است. ممکشد قادر است تقریباً هر نوع داده‌ای را به‌صورت موقت در حافظه خود ذخیره کند و با این کار، زمان پاسخ‌دهی سرور و بارگذاری صفحات را به‌طور قابل توجهی کاهش دهد.

زمانی که کاربر برای اولین بار از یک صفحه وب بازدید می‌کند، ممکشد وارد عمل شده و داده‌های صفحه را در RAM ذخیره می‌کند. در نتیجه، هنگام بازدیدهای بعدی، مرورگر نیازی به دریافت مجدد اطلاعات از پایگاه‌داده نخواهد داشت؛ همین مسئله منجر به کاهش لتنسی، فشار بر سرور و پایگاه‌داده، و افزایش سرعت بارگذاری صفحات وب می‌شود.

امروزه بسیاری از شرکت‌های بزرگ مانند فیسبوک، یوتیوب، وردپرس و گیت‌هاب برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های خود از ممکشد (Memcached) استفاده می‌کنند. آخرین نسخه این نرم‌افزار تا زمان نگارش این مقاله، نسخه 1.6.21 است که در تاریخ ۱۶ ژوئن ۲۰۲۳ منتشر شده است.

لازم به ذکر است که ممکشد تنها یکی از ابزارهای کشینگ موجود است. ابزارهایی مانند Varnish نیز برای ذخیره‌سازی و کشینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما ممکشد بیشتر برای ذخیره‌سازی داده‌ها و اشیای دینامیک در حافظه موقت طراحی شده است—نه فایل‌ها یا محتوای ایستا.

برای درک بهتر عملکرد ممکشد، آن را می‌توان مانند یک انبار مواد غذایی در خانه در نظر گرفت؛ به‌جای اینکه برای هر نیاز کوچک به فروشگاه (پایگاه‌داده) مراجعه کنید، می‌توانید مستقیماً از محتویات انبار (کش ممکشد) استفاده کنید. این مدل ذخیره‌سازی، زمان پاسخ‌دهی را به حداقل رسانده و مصرف منابع سرور را نیز کاهش می‌دهد.

ممکشد (Memcached) به‌ویژه برای سایت‌هایی مناسب است که محتوای آن‌ها به‌صورت مداوم به‌روزرسانی می‌شود—مانند صفحات اخبار، قیمت ارز و رمزارز، فروشگاه‌های آنلاین و سرویس‌های تعاملی. این نرم‌افزار را می‌توان به‌راحتی روی انواع سرویس‌های میزبانی از جمله سرورهای اختصاصی، سرورهای مجازی، هاست ابری و حتی برخی هاست‌های اشتراکی نصب کرد.

البته باید توجه داشت که نصب و پیکربندی ممکشد روی هاست‌های اشتراکی ممکن است محدودیت‌هایی داشته باشد، زیرا اغلب شرکت‌های هاستینگ در سرویس‌های اشتراکی امکان دسترسی به تنظیمات سرور را در اختیار کاربران قرار نمی‌دهند یا اصلاً از Memcached پشتیبانی نمی‌کنند.

ممکشد چگونه کار می‌کند؟

ممکشد (Memcached) با ذخیره‌سازی داده‌ها در حافظه RAM به‌جای هارد دیسک یا SSD، عملکردی بسیار سریع‌تر نسبت به پایگاه‌داده‌های سنتی ارائه می‌دهد. این مزیت باعث می‌شود تا کاربران بتوانند در زمان بسیار کوتاه‌تری به محتوای درخواستی خود دسترسی پیدا کنند و بار اضافه از روی پایگاه‌داده برداشته شود.

یکی از ویژگی‌های کلیدی ممکشد، معماری توزیع‌شده آن است. این یعنی ممکشد می‌تواند در چندین سرور اجرا شود و داده‌ها را بین آن‌ها پخش کند. اگر نیاز به مقیاس‌پذیری باشد، می‌توان به‌راحتی تعداد سرورها را افزایش یا کاهش داد. ممکشد (Memcached) همچنین داده‌های قدیمی را به‌صورت خودکار حذف کرده و محتوای جدید را جایگزین می‌کند تا همیشه سریع‌ترین نسخه‌ها در اختیار کاربران قرار گیرد.

برای تعامل با داده‌ها، ممکشد از مجموعه‌ای از دستورات ساده مانند GET، SET، ADD و غیره استفاده می‌کند. این دستورات به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند تا داده‌ها را در حافظه کش ذخیره کرده، بازیابی یا به‌روزرسانی کنند.

🔹 ساختار ممکشد چگونه است؟

Memcached می‌تواند به‌صورت محلی روی یک سرور نصب شود یا در قالب یک خوشه سروری (Server Cluster) توزیع گردد. هر سرور در این ساختار، بخشی از حافظه RAM را برای ذخیره‌سازی جفت‌های کلید-مقدار (Key-Value Pair) اختصاص می‌دهد. هر جفت کلید-مقدار دارای یک زمان انقضا (TTL) است تا داده‌ها پس از مدت مشخصی به‌صورت خودکار از حافظه حذف شوند.

چهار مؤلفه اصلی در عملکرد ممکشد عبارت‌اند از:

• نرم‌افزار سرور ممکشد

• نرم‌افزار کلاینت

• هشینگ مبتنی بر کلاینت

• الگوریتم LRU (Least Recently Used)

هشینگ (Hashing) مشخص می‌کند که داده‌ها باید در کدام سرور ذخیره شوند. الگوریتم LRU نیز در صورت پر شدن حافظه کش، داده‌هایی را که مدت طولانی استفاده نشده‌اند، حذف می‌کند تا فضا برای داده‌های جدید فراهم شود.

کش هیت (Cache Hit) و کش میس (Cache Miss)

ممکشد (Memcached) هنگام پاسخ به درخواست‌ها، معمولاً در یکی از دو حالت زیر عمل می‌کند:

• کش هیت: زمانی که داده مورد نظر از قبل در حافظه کش ممکشد موجود است. در این حالت پاسخ با سرعت بسیار بالا به کلاینت ارسال می‌شود.

• کش میس: زمانی که داده مورد نظر در کش وجود ندارد. در این حالت داده‌ها از بک‌اند یا پایگاه‌داده دریافت می‌شوند و سپس در حافظه ممکشد ذخیره می‌گردند تا در درخواست‌های بعدی سریع‌تر تحویل داده شوند.

نصب و راه‌اندازی ممکشد

برای استفاده از ممکشد (Memcached)، ابتدا باید آن را از طریق وب‌سایت رسمی یا ابزارهای مدیریت پکیج سیستم‌عامل خود نصب کنید. برخی از ابزارهای متداول نصب عبارت‌اند از:

• apt برای توزیع‌های مبتنی بر دبیان (مانند Ubuntu)

• yum برای توزیع‌های مبتنی بر RHEL (مانند CentOS و Fedora)

• brew برای کاربران macOS و برخی توزیع‌های لینوکسی

پس از نصب، باید ممکشد را پیکربندی و با تنظیماتی مانند اندازه حافظه، TTL، تعداد اتصالات، و نحوه تعامل کلاینت با سرور، آن را برای وب‌سایت خود بهینه‌سازی کنید.

نکته مهم برای هاست‌های اشتراکی

اگر وب‌سایت شما روی هاست اشتراکی قرار دارد، ممکن است نتوانید مستقیماً از ممکشد استفاده کنید؛ چرا که در هاست‌های اشتراکی دسترسی به تنظیمات سرور محدود است و بسیاری از شرکت‌های هاستینگ از ممکشد پشتیبانی نمی‌کنند. در این شرایط، بهتر است از سرورهای مجازی، اختصاصی یا ابری استفاده شود تا کنترل کامل روی کشینگ و بهینه‌سازی فراهم باشد. برخی سرویس‌ها مانند هاست اشتراکی مارال هاست به‌صورت اختصاصی از ممکشد پشتیبانی می‌کنند و برای پروژه‌های سبک‌تر گزینه‌ای قابل‌اعتماد هستند.

مراحل کار ممکشد

حالت ذخیره‌سازی داده‌ها

۱. ارسال درخواست به ممکشد

کلاینت به منظور ذخیره‌سازی داده‌های مورد نظر خود، آن‌ها را همراه با دستور Set به سمت سرور ممکشد ارسال می‌کند. هر دستور Set حاوی یک کلید، مقدار و در مواقعی یکسری پارامتر اضافی می‌باشد.

۲. ذخیره‌سازی داده‌ها

سرور ممکشد داده‌ها را به همراه کلید و سایر موارد ارائه شده در حافظه RAM خود ذخیره می‌کند.

حالت دریافت داده‌ها

کش هیت:

۱. ارسال درخواست به ممکشد

در این حالت کلاینت برای دریافت داده‌ها، دستور Get را به همراه کلید مربوطه به سمت سرور ممکشد می‌فرستد.

۲. دریافت داده‌ها

سرور ممکشد کلید دریافتی را با کلید موجود در حافظه خود انطباق داده و اگر داده‌ها (همان مقادیر) منقضی نشده باشند، آن‌ها را به سمت کلاینت می‌فرستد و دیگر نیازی نیست کلاینت با پایگاه‌داده ارتباط برقرار کند.

کش میس:

۱. ارسال درخواست به ممکشد

کلاینت به منظور دریافت داده‌های مورد نیاز خود، دستور Get را به همراه کلید مربوطه به سمت سرور ممکشد ارسال می‌کند.

۲. دریافت داده‌ها از منبع اصلی

در حالت کش‌میس داده‌ها موجود نیستند و کلاینت باید آن‌ها را به صورت مستقیم از منبع اصلی (سرور، پایگاه‌داده و …) دریافت و برای استفاده در آینده در حافظه ممکشد ذخیره کند.

ممکشد چه کاربردهایی دارد؟

ممکشد (Memcached) به‌دلیل ساختار سریع، سبک و توزیع‌پذیر خود، در انواع پروژه‌های وب و اپلیکیشن‌های مقیاس‌پذیر کاربرد دارد. هدف اصلی آن، افزایش سرعت پاسخ‌دهی سیستم از طریق ذخیره‌سازی موقت داده‌ها در حافظه RAM است. در ادامه با مهم‌ترین کاربردهای Memcached آشنا می‌شویم:

• ذخیره‌سازی داده‌های سشن (Session) کاربران: برای کاهش فراخوانی‌های مکرر پایگاه‌داده و حفظ وضعیت کاربران

• کشینگ داده‌های صفحات وب‌سایت‌ها: شامل داده‌های پویای HTML، نتایج جست‌وجو و محتوای قابل پیش‌بینی

• کشینگ پاسخ‌های API: به‌ویژه در سیستم‌هایی با حجم درخواست بالا، برای کاهش بار روی سرور

• استفاده در بازی‌های آنلاین: برای ذخیره‌سازی اطلاعات موقتی مانند وضعیت کاربر، امتیاز، مراحل و تنظیمات

• کشینگ تمام‌صفحه (Full Page Caching): ذخیره نسخه کامل HTML صفحات برای نمایش سریع‌تر

• افزایش سرعت عملکرد در پروژه‌های بزرگ با داده‌های قابل تکرار

چرا باید از ممکشد استفاده کنیم؟

استفاده از ممکشد (Memcached) در پروژه‌های حرفه‌ای به‌دلایل فنی و عملکردی متعددی توصیه می‌شود. این سیستم کشینگ رایگان و متن‌باز، با ارائه امکانات متنوع می‌تواند نقش کلیدی در بهینه‌سازی عملکرد وب‌سایت‌ها ایفا کند. مهم‌ترین مزایای استفاده از Memcached عبارت‌اند از:

• افزایش سرعت بارگذاری صفحات وب

• کاهش فشار بر سرور و پایگاه‌داده

• پشتیبانی از زبان‌ها و فریم‌ورک‌های مختلف (مانند PHP، Python، Java، Ruby و Node.js)

• سازگاری با سیستم‌های مدیریت محتوا (CMS) مانند وردپرس، دروپال و جوملا

• معماری چندرشته‌ای (Multi-threaded) برای پردازش هم‌زمان درخواست‌ها

• سازگاری بالا با محتوای دینامیک

• افزایش توان عملیاتی (Throughput) در سیستم‌های با ترافیک بالا

• دارای معماری توزیعی برای مقیاس‌پذیری آسان

• نصب و استفاده ساده در محیط‌های لینوکسی و ابری

• API ساده و سبک برای پیاده‌سازی سریع

• جامعه کاربری گسترده و فعال برای پشتیبانی و توسعه

معایب ممکشد (Memcached)

با وجود مزایای فراوان، ممکشد (Memcached) نیز مانند هر ابزار دیگری محدودیت‌هایی دارد که باید پیش از استفاده آن‌ها را در نظر گرفت. شناخت این معایب به شما کمک می‌کند تا از ممکشد به‌درستی و در پروژه مناسب استفاده کنید:

• پاک شدن داده‌ها پس از ری‌استارت: در صورت راه‌اندازی مجدد سرویس یا سرور، داده‌های ذخیره‌شده در حافظه RAM از بین می‌روند.

• نبود قابلیت Cache Invalidation پیشرفته: مدیریت و بروزرسانی هوشمند کش‌ها به صورت خودکار پشتیبانی نمی‌شود.

• عدم پشتیبانی از الگوریتم‌های هشینگ متنوع: برخلاف برخی ابزارهای دیگر مانند Redis، گزینه‌های پیشرفته هشینگ در ممکشد محدود است.

• فاقد سیستم احراز هویت داخلی: ممکشد از رمزنگاری و احراز هویت به‌صورت داخلی پشتیبانی نمی‌کند، که ممکن است در محیط‌های حساس امنیتی مشکل‌ساز باشد.

• عدم پشتیبانی از Replication داخلی: داده‌ها به‌صورت خودکار بین سرورها تکثیر نمی‌شوند، بنابراین باید راهکارهای خارجی برای این موضوع در نظر گرفت.

• مناسب نبودن برای ذخیره‌سازی داده‌های بزرگ: به‌دلیل ذخیره‌سازی در حافظه، ممکشد برای داده‌های حجیم یا فایل‌های سنگین مناسب نیست.

• عدم نگهداری طولانی‌مدت داده‌ها: Memcached برای ذخیره‌سازی کوتاه‌مدت طراحی شده و نباید به‌عنوان دیتابیس دائمی استفاده شود.

• فاقد قابلیت‌های پیشرفته مدیریت داده: برخلاف Redis، امکاناتی مانند ساختارهای داده پیچیده، Pub/Sub، یا عملیات Atomیک را ارائه نمی‌دهد.

ویژگی‌ها و امکانات کلیدی ممکشد (Memcached)

با وجود برخی محدودیت‌ها، ممکشد همچنان یکی از سریع‌ترین و سبک‌ترین سیستم‌های کشینگ در دنیای وب است. برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های فنی آن عبارت‌اند از:

• ذخیره‌سازی داده‌ها به صورت جفت‌های کلید-مقدار (Key-Value)

• پشتیبانی از کشینگ مبتنی بر حافظه (In-Memory)

• پشتیبانی از الگوریتم LRU (Least Recently Used) برای مدیریت حافظه

• استفاده از تکنیک هشینگ Consistent برای توزیع یکنواخت داده‌ها بین سرورها

• معماری توزیعی (Distributed) برای افزایش مقیاس‌پذیری

• قابلیت فشرده‌سازی داده‌ها برای بهینه‌سازی مصرف RAM

• رابط کاربری API ساده و قابل ادغام با بیشتر زبان‌های برنامه‌نویسی

• سرعت بسیار بالا در پاسخ‌دهی به درخواست‌های پرتکرار

نکاتی که باید هنگام استفاده از ممکشد رعایت کنید

برای بهره‌برداری مؤثر از ممکشد (Memcached) در پروژه‌های خود، رعایت نکات زیر توصیه می‌شود:

• عملکرد ممکشد را به‌صورت دوره‌ای بررسی و بهینه‌سازی کنید.

• تصمیم بگیرید که ممکشد را روی یک سرور یا یک خوشه سروری (Cluster) اجرا می‌کنید.

• از کش کردن داده‌های بسیار حجیم یا کم‌استفاده خودداری کنید.

• برای جلوگیری از حذف زودهنگام داده‌ها، مقدار TTL (زمان ماندگاری) را منطقی تنظیم کنید.

• در صورت کار با داده‌های حساس، از پروتکل‌های امنیتی جداگانه مانند SSL، فایروال یا احراز هویت سطح اپلیکیشن استفاده کنید.

• فقط در صورتی از ممکشد استفاده کنید که واقعاً نیاز به کشینگ دارید—در غیر این صورت ممکن است پیچیدگی غیرضروری به پروژه اضافه شود.

• توجه داشته باشید که ممکشد نسخه پشتیبان (Backup) از داده‌ها تهیه نمی‌کند.

• از تعریف کلیدهای بسیار بلند یا پیچیده اجتناب کنید تا کارایی کاهش نیابد.

• برای به‌روزرسانی داده‌های کش‌شده، یک پلن Cache Invalidation مؤثر طراحی کنید.

ممکشد مناسب چه نوع وب‌سایت‌هایی است؟

ممکشد (Memcached) به‌دلیل سرعت بالا، معماری سبک و توانایی در مدیریت داده‌های پرتکرار، برای وب‌سایت‌ها و سرویس‌هایی مناسب است که نیاز به پاسخ‌دهی سریع و بهینه‌سازی عملکرد دارند. مهم‌ترین موارد استفاده از Memcached شامل موارد زیر است:

• وب‌سایت‌های دارای محتوای دینامیک بالا: مانند صفحات محصول، جست‌وجوهای فیلترشده و محتوای شخصی‌سازی‌شده

• وب‌سایت‌های خبری و فروشگاهی: برای افزایش سرعت بارگذاری صفحات و نمایش سریع محتواهای جدید

• سرویس‌های پخش ویدئو: برای مدیریت کش محتوای متادیتا، وضعیت کاربر یا لیست‌های پخش

• وب‌سایت‌های پرترافیک: به‌ویژه سایت‌هایی که تعداد زیادی درخواست هم‌زمان دریافت می‌کنند

• فروم‌ها و جوامع کاربری: برای کش اطلاعات کاربران، تنظیمات پروفایل، و تاپیک‌های پربازدید

• سایت‌های بازی و سرگرمی آنلاین: جهت ذخیره‌سازی امتیازات، تنظیمات موقت و وضعیت زنده کاربران

چه وب‌سایت‌هایی نباید از ممکشد استفاده کنند؟

با وجود مزایای بالا، ممکشد برای همه وب‌سایت‌ها مناسب نیست. در شرایط زیر، استفاده از Memcached ممکن است منطقی یا مؤثر نباشد:

• وب‌سایت‌هایی با حافظه RAM محدود: چون ممکشد تنها از RAM استفاده می‌کند و داده‌ها در صورت کمبود منابع حذف می‌شوند

• سایت‌هایی با داده‌های حساس: چون ممکشد فاقد رمزنگاری داخلی و احراز هویت پیش‌فرض است

• وب‌سایت‌های با ترافیک پایین یا کاربران محدود: در این موارد، استفاده از کشینگ در سطح Memcached ممکن است پیچیدگی غیرضروری ایجاد کند

• سایت‌هایی با محتوای عمدتاً استاتیک: مانند گالری تصاویر، فایل‌های PDF یا متن‌های ایستا که با کش مرورگر یا CDN بهتر مدیریت می‌شوند

ممکشد چه نوع داده‌هایی را ذخیره می‌کند؟

ممکشد (Memcached) برای کش کردن داده‌های موقتی، متنی و ساختاریافته طراحی شده است. انواع داده‌هایی که می‌توان در Memcached ذخیره کرد عبارت‌اند از:

• داده‌های مرتبط با سشن کاربران (Session Data)

• پاسخ‌های API که به‌صورت مکرر فراخوانی می‌شوند

• نتایج کوئری‌های پایگاه داده

• مقادیر عددی، تنظیمات پیکربندی و فرگمنت‌های HTML

• اشیاء (Objects) و متون رمزنگاری‌نشده

• داده‌هایی که نیاز به واکشی سریع دارند اما مهم نیست اگر در صورت ریست شدن از بین بروند

بهترین جایگزین‌های ممکشد کدامند؟

در صورتی که ممکشد (Memcached) پاسخ‌گوی نیازهای خاص پروژه شما نباشد، می‌توانید از ابزارهای جایگزین زیر استفاده کنید. هر یک از این ابزارها برای سناریوهای متفاوتی طراحی شده‌اند و باید با توجه به نیاز خود انتخاب شوند:

• Redis: جایگزین محبوب ممکشد با قابلیت‌های بیشتر از جمله پایداری داده، ساختارهای داده پیچیده، Pub/Sub و رمزنگاری

• Varnish: برای کشینگ تمام‌صفحه (Full Page Caching) در وب‌سایت‌های با محتوای عمومی

• Amazon ElastiCache: سرویس کشینگ مدیریت‌شده توسط AWS برای پروژه‌های ابری

• Nginx Cache: برای کش محتوا در سطح سرور وب، به‌ویژه برای صفحات استاتیک یا رندرشده

• Ehcache: کش قدرتمند جاوا برای اپلیکیشن‌های سازمانی و مقیاس‌پذیر

⚠️ نکته: هیچ ابزار کشینگی همه‌کاره نیست؛ بنابراین پیش از انتخاب، نیازمندی‌های فنی پروژه، نوع داده‌ها، و زیرساخت میزبانی خود را دقیق بررسی کنید.

 

منابع: Dragonflydb ،Educba و Wp-rocket