面试题：缓存设计之Memcached内存碎片问题及基础解决方案

Question

请简要阐述Memcached产生内存碎片的原因，并列举至少两种常见的应对内存碎片的解决方案。

Answer 1

内存碎片产生原因

1. 固定大小的内存块分配：Memcached采用预分配内存池的方式管理内存，将内存划分为一系列固定大小的chunk。当应用请求的内存大小与预定义的chunk大小不匹配时，就可能造成内存浪费，产生碎片。例如，应用需要256字节的内存，但系统中最近的chunk大小为512字节，那么就会浪费256字节。
2. 频繁的内存分配与释放：在高并发场景下，频繁的分配和释放不同大小的内存块，会导致内存空间变得不连续。即使总内存足够，但由于碎片的存在，可能无法满足大内存块的分配请求。

应对内存碎片的解决方案

1. 调整chunk大小：根据应用实际请求的内存大小分布，合理调整chunk的大小，使得chunk与实际需求更匹配，减少内存浪费。例如，如果应用经常请求128 - 256字节之间的内存，可以适当增加这一区间的chunk规格。
2. 内存整理：通过定期或者在特定条件下（如内存使用率达到一定阈值）对Memcached的内存进行整理，将碎片化的内存合并为连续的大块内存，以便更好地满足后续的内存分配请求。
3. 使用其他内存管理策略：例如采用更灵活的动态内存分配算法，而非固定大小的chunk分配方式。一些改进版本的Memcached实现尝试引入类似jemalloc等更高效的内存分配器，以减少碎片产生。