对 Memcached 源码的扩展思考
2026/4/24 1:26:26 网站建设 项目流程

为什么这道题是一个好的面试题

这道题来自 Arthur O’Dwyer 的博客文章,核心思想是:给你一个真实项目的源码,要求你扩展它添加一个新功能

这与真实的日常工作完全一致——你需要接手不熟悉的代码库理解其结构,找到扩展点,然后实现功能。

相比 LeetCode 式的算法题,这道题更能考察程序员的实际工程能力:

LeetCode 算法题Memcached 扩展题
考察解题技巧考察代码阅读能力
与实际工作脱节贴近真实工作场景
只需要一个人完成需要理解整体架构
没有历史包袱需要处理既有代码的各种细节

考察技术应该像考察艺术家一样——看作品集,而不是问一些与实际工作无关的刁钻问题

Memcached

Memcached 是一个内存键值存储数据库(in-memory key-value store)。

为什么需要 Memcached?

传统的 PHP 应用是"请求-响应"模式:每次请求触发一个 PHP 脚本,处理完后就结束。脚本执行期间存储的变量状态无法保留到下一次请求。

解决方案是将状态存储到外部数据库(如 MySQL/PostgreSQL)。但对于简单应用,完整的关系型数据库是杀鸡用牛刀

Memcached 的设计目的:

  • 存储简单的键值对
  • 数据存储在内存中,读写速度极快
  • 支持设置过期时间(默认 3600 秒 = 1 小时)
  • 支持原子操作(increment/decrement)避免竞态条件

基本使用

# 启动 memcached 服务./memcached# 使用 telnet 连接测试telnet localhost11211# 存储数据:set <key> <flags> <exptime> <bytes>setfull_name0360010John Smith# 读取数据:get <key>get full_name# 递增/递减操作(针对数值)setage03600237incr age1# 返回 38decr age1# 返回 37

题目要求

实现一个新命令mot(multiply):与incr类似,但执行乘法而非加法。

mot <key> <delta>

将指定键的值乘以 delta,然后返回新值。

实施步骤

1. 下载源码

# 创建工作目录mkdirmemcached_challengecdmemcached_challenge# 下载 2013 年版本的 memcached(与原博客保持一致)curl-Ohttps://www.youtube.com/redirect?q=https%3A%2F%2Fmemcached.org%2Ffiles%2Fmemcached-1.4.17.tar.gz

2. 编译安装

tar-xzfmemcached-1.4.17.tar.gzcdmemcached-1.4.17# 查看配置选项./configure--help# 编译./configuremake-j3

Memcached 源码规模:

  • 总代码量约 27,000 行
  • C 代码不到 10,000 行
  • 依赖很少,是一个非常简单的项目

3. 分析源码结构

在 C 语言中,命令解析通常的实现方式:

// 伪代码展示命令处理的典型模式while(true){charline[256];read_line(line);// 按空格分割获取命令char*cmd=parse_command(line);switch(cmd){case"get":handle_get();break;case"set":handle_set();break;case"incr":handle_incr();break;case"decr":handle_decr();break;}}

注意到:搜索字符串字面量"incr"可以快速定位命令分发代码。

grep-rn"incr"--include="*.c"--include="*.h"memcached-1.4.17/

找到的线索:

  • t/目录下有 Perl 测试文件
  • 存在process_arithmetic_command函数

4. 使用 Ctags 导航代码

# 生成标签文件find.-name"*.c"-o-name"*.h"|xargsctags# 在 Vim 中跳转到函数定义# 按 Ctrl-] 跳转到光标下词语的定义# 按 Ctrl-t 返回

5. 核心代码分析

process_arithmetic_command 函数
// 原始实现(伪代码)voidprocess_arithmetic_command(conn*c,token_t*tokens,size_tntokens,bool increment){// 从 tokens 中提取 key 和 deltachar*key=tokens[1].value;uint64_tdelta=strtoull(tokens[2].value,NULL,10);// 调用 add_delta 执行实际操作add_delta(c,item,delta,increment);}
命令分发

memcached.c中找到:

// 命令分发部分if(ntokens==4&&strcmp(tokens[COMMAND_TOKEN].value,"incr")==0){process_arithmetic_command(c,tokens,ntokens,true);// true = increment}elseif(ntokens==4&&strcmp(tokens[COMMAND_TOKEN].value,"decr")==0){process_arithmetic_command(c,tokens,ntokens,false);// false = decrement}

6. 实现方案

问题分析

原代码使用布尔值表示操作类型:

  • true= increment
  • false= decrement

要添加乘法,需要将布尔值改为枚举类型

// 修改前voidprocess_arithmetic_command(conn*c,token_t*tokens,size_tntokens,bool increment);// 修改后typedefenum{OP_DECREMENT=0,OP_INCREMENT=1,OP_MULTIPLY=2}arithmetic_op_t;voidprocess_arithmetic_command(conn*c,token_t*tokens,size_tntokens,arithmetic_op_top);
修改点 1:函数签名
// memcached.h 或对应头文件typedefenum{OP_DECREMENT=0,OP_INCREMENT=1,OP_MULTIPLY=2}arithmetic_op_t;voidprocess_arithmetic_command(conn*c,token_t*tokens,size_tntokens,arithmetic_op_top);
修改点 2:命令分发
// 在 memcached.c 的命令处理部分添加elseif(ntokens==4&&strcmp(tokens[COMMAND_TOKEN].value,"mot")==0){process_arithmetic_command(c,tokens,ntokens,OP_MULTIPLY);}
修改点 3:process_arithmetic_command 函数内部

if (increment)改为switch (op)

switch(op){caseOP_DECREMENT:res=do_add_delta(c,item,delta,false,&cas);/* 更新 decrement 统计 */break;caseOP_INCREMENT:res=do_add_delta(c,item,delta,true,&cas);/* 更新 increment 统计 */break;caseOP_MULTIPLY:// 乘法的实现逻辑res=do_multiply(c,item,delta,&cas);/* 更新 multiply 统计 */break;}
修改点 4:do_add_delta 函数支持乘法
// 原始 add_delta 调用 do_add_delta// do_add_delta(c, item, delta, is_incr, &cas);// 需要添加 do_multiply 函数uint64_tdo_multiply(conn*c,item*it,uint64_tdelta,uint64_t*cas){uint64_tvalue=item_get_cas(it);value=value*delta;// ... 存储回 itemreturnvalue;}
修改点 5:add_delta 函数的签名和实现

需要让add_delta接受arithmetic_op_t类型,或者创建新函数multiply_item

7. 测试验证

# 启动 memcached./memcached-d-p11211# 连接测试telnet localhost11211# 设置初始值setage03600237# 递增incr age1# 返回: 38# 乘法(新命令)mot age10# 返回: 380

添加统计支持

Memcached有统计机制,可以追踪各种操作的成功/失败次数。

统计相关结构

// stats.h 或对应文件structstats{uint64_tincr_hits;uint64_tincr_misses;uint64_tdecr_hits;uint64_tdecr_misses;// 需要添加:uint64_tmul_hits;uint64_tmul_misses;};

需要修改的统计相关位置

  1. threadlocal_stats 聚合:合并各线程的统计
  2. server_stats 输出:返回给客户端的统计信息
  3. stats 命令处理:添加新的统计项输出
  4. 测试文件:更新预期输出
// 添加 mul_hits 和 mul_misses 到各个统计相关位置

测试统计

# 查看统计stats# 应该看到新增的统计项:STAT mul_hits1STAT mul_misses0

运行测试

# 运行所有测试maketest# 或者直接运行测试脚本perl t/*.t

注意:添加新统计后,原有测试可能会失败,因为测试中硬编码了预期的统计输出。需要更新测试文件以适应新的统计项。

完整补丁

最终实现的修改包括:

  1. 添加 mul 命令解析:在命令分发部分添加mot命令的处理
  2. 修改 process_arithmetic_command:将布尔参数改为枚举类型
  3. 实现乘法逻辑:在do_add_delta或新函数中实现乘法
  4. 添加统计支持:在 stats 结构中添加mul_hitsmul_misses
  5. 更新统计处理:在所有统计相关位置添加新统计项的处理

思维过程

思维方式:

  1. 科学方法:提出假设 → 测试验证

    • 假设命令通过字符串匹配分发 → 搜索 “incr” 验证
  2. 代码导航策略

    • 使用 ctags/ctags 快速跳转函数定义
    • 理解调用栈,从上到下追踪
  3. 分而治之

    • 先实现核心功能(命令能被解析)
    • 再完善周边功能(统计、测试)
  4. 避免过早优化

    • 统计功能不是核心需求,先跳过
    • 只在主功能完成后才处理
  5. 持续沟通-授之以渔

    • 不断解释自己在做什么
    • 记录的思维过程

代码质量观察

对 memcached 代码的一些评价:

优点

  • 代码规模小,易于理解
  • 核心逻辑清晰

可改进之处

  • 添加新统计需要修改 7-8 个地方
  • 函数命名与实际功能不完全匹配(如add_delta实际上做的是 increment/decrement)
  • 测试中使用硬编码的预期值,添加新功能时需要手动修改

建议:更好的设计是使用枚举表示所有算术操作,而不是只有 increment/decrement 两个布尔选项。

结论

模拟code场景:

  • 需要阅读和理解陌生代码
  • 需要找到合适的扩展点
  • 需要处理代码的历史包袱
  • 需要关注边界情况和错误处理

快速定位和解决问题的能力。完整地添加统计支持则需要更多时间,因为需要理解整个统计系统的运作方式。

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