Memcachedとは？インストール方法および使えるコマンド操作例

2024.04.04
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はじめに

こんにちは！ 今回は、高速なキャッシュシステムとして知られるMemcachedについて取り上げます。Memcachedは、データベースへの負荷を軽減し、アプリケーションのパフォーマンスを向上させるための優れたソリューションです。この記事では、Memcachedの基本的な使い方を徹底的に解説します。インストールの手順や設定方法、使えるコマンドなどを詳しく説明するとともに、RedisとMemcachedの違いについても触れていきます。

Memcachedとは？

Memcachedは、高性能な分散型メモリオブジェクトキャッシングシステムです。主にデータベースから取得したデータやAPIの結果などを一時的にメモリ上に保存することで、頻繁にアクセスされるデータを高速に取得できるようにします。Memcachedを利用することで、データベースへのクエリ発行回数を減らし、アプリケーションの応答速度を大幅に改善できます。

Memcachedの主な特徴は以下の通りです：

  • シンプルなキーバリュー型のデータ格納方式
  • 分散アーキテクチャによる優れたスケーラビリティ
  • TCPとUDPの両方をサポート
  • 様々なプログラミング言語に対応したクライアントライブラリ
  • メモリ上でデータを管理するため、高速なレスポンスが可能

以下のようなケースでMemcachedの導入を検討すると良いでしょう：

  • データベースへの負荷が高く、アプリケーションのパフォーマンスに影響が出ている
  • 同じデータに対して頻繁にアクセスがあり、キャッシュの利用で応答速度を改善したい
  • スケーラビリティが求められるWebサービスを開発している

Memcachedのインストール方法

Memcachedは、Linux、Windows、macOSなど、様々な環境で利用できます。ここでは、各OSでのインストール方法を見ていきましょう。

Linux環境でのMemcachedのインストール手順：

  1. ターミナルを開き、以下のコマンドでMemcachedをインストールします： 
    sudo apt-get install memcached
  2. インストールが完了したら、Memcachedのバージョンを確認しておきましょう： 
    memcached -V
  3. 続いて、以下のコマンドでMemcachedを起動します： 
    sudo systemctl start memcached

これでLinux環境へのMemcachedのインストールは完了です。

Windowsへのインストール方法：

  1. 公式サイトからWindows用のインストーラーをダウンロードします。
  2. ダウンロードしたインストーラーを実行し、指示に従ってインストールを進めます。
  3. インストール完了後、コマンドプロンプトを管理者権限で開きます。
  4. 以下のコマンドを実行して、Memcachedのサービスを開始します： 
    net start memcached

Memcachedが正常に動作していれば、Windowsへのインストールは完了です。

Macでの導入手順：

  1. Homebrewがインストールされていない場合は、まずHomebrewをインストールしておきます。
  2. ターミナルを開き、以下のコマンドでMemcachedをインストールします： 
    brew install memcached
  3. インストールが完了したら、以下のコマンドでMemcachedを起動します： 
    brew services start memcached

これでmacOSへのMemcachedのインストールは完了です。

Memcachedの設定方法

Memcachedの設定は、設定ファイルまたはコマンドラインオプションを使って行います。Linuxの場合、設定ファイルは通常「/etc/memcached.conf」にあります。

memcachedの設定ファイルの位置は、オペレーティングシステムやインストール方法によって異なりますが、一般的に以下のいずれかになります。

  1. /etc/memcached.conf
  2. /etc/sysconfig/memcached
  3. /etc/default/memcached

主要な設定項目には以下のようなものがあります：

  • -p：Memcachedが使用するポート番号（デフォルトは11211）
  • -m：Memcachedが使用するメモリの最大サイズ（MB単位）
  • -c：最大同時接続数
  • -U：UDPポート番号

例えば、以下のようにコマンドラインオプションを指定してMemcachedを起動できます：

memcached -p 11211 -m 2048 -c 8192 -U 0

この例では、ポート番号を11211、最大メモリサイズを2GB、最大同時接続数を8192に設定しています。

Memcachedの設定を最適化するためのポイントは以下の通りです：

  • メモリサイズは、サーバーのRAM容量の半分程度に設定するのが一般的
  • 同時接続数は、想定されるアクセス数に応じて適切に設定する
  • 必要に応じて、複数のMemcachedサーバーを用意し、分散構成を取る

Memcachedをどこからでもアクセスできるようにする手順

  1. 設定ファイルを開きます。例えば、以下のコマンドを使用します。 
    sudo nano /etc/memcached.conf
  2. 設定ファイル内の -l 127.0.0.1 という行を探します。これは、memcachedがローカルホストからのみアクセスを許可するように制限しています。
  3. -l 127.0.0.1 を -l 0.0.0.0 に変更します。これにより、memcachedはすべてのIPアドレスからのアクセスを受け入れるようになります。
  4. 設定ファイルを保存し、エディタを終了します。
  5. memcachedサービスを再起動して、変更を適用します。 
    sudo systemctl restart memcached

セキュリティ上の注意点

セキュリティ上の理由から、信頼できるネットワークからのみアクセスを許可することをお勧めします。ファイアウォールを適切に設定し、必要なポート（デフォルトでは11211）のみを開放してください。また、認証機能を追加することで、セキュリティをさらに強化できます。これには、memcached用の認証プラグインやプロキシサーバーを使用する方法があります。

 

Memcachedで使えるコマンド

Memcachedには、データの操作やサーバーの状態確認に使えるコマンドが用意されています。主要なコマンドを見ていきましょう。

データの格納と取得：

  • set：キーと値を指定してデータを格納する
  • get：キーを指定してデータを取得する
  • add：キーが存在しない場合にのみ、データを格納する
  • replace：キーが存在する場合にのみ、データを更新する

例えば、以下のようにしてデータを格納できます：

set my_key 0 3600 5 hello

この例では、キー「my_key」に値「hello」を3600秒（1時間）の有効期限で格納しています。

キャッシュのクリア方法：

  • flush_all：Memcached上のすべてのデータを削除する

以下のコマンドを実行すると、キャッシュ内のデータがすべて削除されます：

flush_all

統計情報の確認：

  • stats：Memcachedの統計情報を表示する

以下のコマンドを実行すると、現在のMemcachedの状態を確認できます：

stats

表示される情報には、接続数やキャッシュヒット率、メモリ使用量などが含まれます。

PHPからMemcachedを利用する方法

PHPアプリケーションでMemcachedを使うには、以下の手順が必要です：

  1. Memcachedのインストール
  2. PHPのMemcached拡張モジュールのインストール
  3. アプリケーションコードでのMemcachedの利用

PHPでMemcached拡張モジュールを使えるようにするには、以下のコマンドを実行します（Linux環境の場合）：

sudo apt-get install php-memcached

インストールが完了したら、PHPのコードからMemcachedを利用できます。以下は、データを格納と取得する例です：

<?php $memcached = new Memcached(); $memcached->addServer('localhost', 11211);
// データの格納
$memcached->set('my_key', 'hello', 3600);

// データの取得
$value = $memcached->get('my_key');
echo $value;
?>

PHPでMemcachedを効果的に活用するためのコツは以下の通りです：

  • 頻繁にアクセスされるデータをキャッシュする
  • 適切な有効期限を設定する
  • キャッシュのキー名を適切に設計する
  • 必要に応じてキャッシュをクリアする

RubyでMemcachedを使う

RubyからMemcachedを利用するには、dalli gemを使うのが一般的です。以下のコマンドでdalli gemをインストールします：

gem install dalli

インストール後、以下のようにしてMemcachedに接続し、データの読み書きを行えます：

require 'dalli'
dc = Dalli::Client.new('localhost:11211')

データの格納
dc.set('my_key', 'hello', 3600)

データの取得
value = dc.get('my_key')
puts value

Ruby on Railsでは、RailsのキャッシュストアとしてMemcachedを使うことができます。Gemfileに以下の行を追加します：

gem 'dalli'

続いて、config/environments/production.rbに以下の設定を追加します：

config.cache_store = :dalli_store, 'localhost:11211'

これで、RailsアプリケーションでMemcachedを使ったキャッシュが利用できるようになります。

PythonからMemcachedへアクセスする

Pythonでは、pymemcacheクライアントライブラリを使ってMemcachedにアクセスできます。以下のコマンドでpymemcacheをインストールします：

pip install pymemcache

インストール後、以下のようにしてMemcachedにデータを格納・取得できます：

from pymemcache.client import base
client = base.Client(('localhost', 11211))

データの格納
client.set('my_key', 'hello', expire=3600)

データの取得
value = client.get('my_key')
print(value)

Djangoアプリケーションでは、Memcachedをキャッシュバックエンドとして使うことができます。settings.pyに以下の設定を追加します：

CACHES = { 'default': { 'BACKEND': 'django.core.cache.backends.memcached.PyLibMCCache', 'LOCATION': '127.0.0.1:11211', } }

これで、DjangoのキャッシュAPIを通じてMemcachedを利用できるようになります。

Pythonでは、WebアプリケーションのセッションデータやDBクエリ結果のキャッシュなどで、Memcachedが活用されるケースが多いですね。

MemcachedとRedisの違い

Memcachedと並んで広く使われているキャッシュシステムにRedisがあります。MemcachedとRedisの主な違いは以下の通りです：

  • データ構造：
    • Memcached：キーバリュー型のみ
    • Redis：キーバリュー型に加え、リスト、セット、ソート済みセットなどのデータ構造をサポート
  • 永続化：
    • Memcached：データはメモリ上にのみ存在し、永続化されない
    • Redis：定期的にデータをディスクに保存し、永続化が可能
  • レプリケーション：
    • Memcached：レプリケーションの機能は標準で搭載されていない
    • Redis：マスター・スレーブ型のレプリケーションをサポート
  • マルチスレッド：
    • Memcached：マルチスレッドによる並列処理が可能
    • Redis：シングルスレッドで動作

一般的に、Memcachedはシンプルなキャッシュシステムとして、Redisはより高度なデータ構造と永続化機能を備えたストレージシステムとして使い分けられます。

【FAQ】Memcachedに関するよくある質問

Q. Memcachedの単体での運用は可能？

A. はい、単体でも運用できます。ただし、大規模なシステムではスケーラビリティを確保するため、複数台のMemcachedサーバーを用意することが一般的です。

Q. Memcachedの最大の利点は？

A. シンプルな構造とメモリ上でデータを管理することによる高速性が最大の利点です。適切に使うことで、アプリケーションのレスポンスを大幅に改善できます。

Q. MemcachedとRedisはどちらを選ぶべき？

A. アプリケーションの要件によって使い分ける必要があります。シンプルなキャッシュ機能のみが必要な場合はMemcachedを、高度なデータ構造や永続化が必要な場合はRedisを選ぶのが一般的です。

Q. Memcachedを利用する際の注意点は？

A. キャッシュするデータのサイズや有効期限の設定に気をつける必要があります。また、キャッシュのクリアタイミングにも注意が必要です。

Q. MemcachedとRDBMSのキャッシュの使い分け方は？

A. 一般的に、読み込み頻度が高く、更新頻度が低いデータをMemcachedでキャッシュします。一方、頻繁に更新されるデータは、RDBMSのクエリキャッシュを使うのが適しています。

Q. 大規模システムでMemcachedを使う際のアーキテクチャのベストプラクティスを教えて！

A. 以下のような点に気をつけると良いでしょう：

  • Memcachedサーバーを複数台用意し、負荷分散する
  • アプリケーションサーバーとMemcachedサーバーを分離する
  • 適切なシャーディング戦略を採用する
  • モニタリングとアラートの仕組みを導入する

Memcachedを使いこなそう！

Memcachedは、Webアプリケーションのパフォーマンス改善に欠かせないツールです。シンプルな構造と高速性を活かし、読み込み頻度の高いデータをキャッシュすることで、データベースへの負荷を軽減し、レスポンスタイムを短縮できます。

本記事では、Memcachedの基本的な使い方について詳しく解説してきました。インストール方法や設定、コマンドの使い方、各プログラミング言語からの利用方法などを紹介しました。また、RedisとMemcachedの違いについても触れ、使い分け方のポイントを説明しました。

Memcachedを活用するためのポイントは以下の通りです：

  • 適切なデータをキャッシュする
  • キャッシュのサイズと有効期限を適切に設定する
  • 必要に応じてキャッシュをクリアする
  • 大規模システムでは、Memcachedサーバーを複数用意し、負荷分散する

Memcachedを上手に使いこなすことで、アプリケーションのパフォーマンスを大幅に改善できるでしょう。ぜひ、自身のプロジェクトでMemcachedを活用してみてください。

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