大型網站優化-memcache技術

来源:http://www.cnblogs.com/nyxd/archive/2016/04/08/5370364.html
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大型網站優化-memcache技術 memory+cache 記憶體緩存 memcache簡介 memcache是一套分散式的高速緩存系統，由LiveJournal的Brad Fitzpatrick開發，目前被許多網站使用以提升網站的訪問速度，尤其對於一些大型的、需要頻繁訪問資料庫的網站訪問速度提升效 ...


大型網站優化-memcache技術

memory+cache 記憶體緩存

memcache簡介

memcache是一套分散式的高速緩存系統，由LiveJournal的Brad Fitzpatrick開發，目前被許多網站使用以提升網站的訪問速度，尤其對於一些大型的、需要頻繁訪問資料庫的網站訪問速度提升效果十分顯著 。這是一套開放源代碼軟體，以BSD license授權發佈。【摘取自百度百科】

官網：http://memcached.org/

 

分散式：多台Memcache伺服器來管理數據的架構。

緩存系統：將用戶查詢的數據緩存到記憶體之中，方便下次直接從記憶體中獲取。減少了磁碟IO的開銷。

什麼是nosql？（sql 關係型資料庫）

答：MySQL 叫做關係型資料庫（主要的特點是都是一個二維表結構（表中的行和列），表與表之間是由關係的）（oracle（Java）、db2、sqlserver）

非關係型數據：就是不使用sql語句作為查詢的資料庫（保存數據的系統），並且沒有嚴格意義上的二維表的概念。它的數據結構全部是一張巨大的hash表（key-value）

hash表好處： 時間複雜度是 0（1）：隨著數據的增加，查詢時間不會存在數量級（1s）的變化。

hash表壞處： hash碰撞 不同 key 對應同一個值

 

key1 ===MD5(sql)

Asion

key2

12

key3

shenzhen

key4

iphone

 

  1. 使用原理

    在使用的時候，先從nosql資料庫裡面獲取，有的話直接返回，沒有的話就先從MySQL獲取，然後緩存到memcache裡面，下次直接從memcache裡面返回。

     

  2. memcache與MySQL的區別
  3. 沒有使用SQL語句
  4. memcache沒有MySQL中的表的概念，都是使用key-value來保存的
  5. memcache的數據是保存到記憶體中的，斷電即丟失（如何保存數據的持久性？）

    1. MemcacheDB可以持久化保存數據。2. repcached也可以實現數據的持久化

     

    註意：NoSQL是否能夠取到MySQL（關係型資料庫）？

    答： nosql的存在永遠不是為了取代MySQL（關係型數據），是關係型數據的一個補充。因為關係型資料庫有它獨特的地方（事務，存儲過程）。

     

    Nosql主要使用的場景：社交型網站（人人、校內、豆瓣）

     

    課下瞭解：什麼是C10K問題？C100K

    答：c10k 代表的含義就是當網站的併發數達到 1w 時候網站的整體架構會全部的更新，就叫做c10k，目前已經被NoSQL資料庫完美的解決。但是又有 c100k 的問題？

    架構網站：

    http://www.infoq.com/

     

    memcache安裝（使用埠11211）

  6. Windows下安裝

    1.1 直接將memcached文件放置到某一文件夾下（千萬不要使用中文命名的文件夾 | 空格）

    1.2 在cmd下執行如下命令（不能關閉）可以使用Ctrl+c 終止

    memcache的埠 11211

    1.3 查看是否啟動（新開一個視窗），執行如下命令

    # netstat -an

     

     

  7. Linux下安裝
    1. putty--》遠程連接Linux的一個客戶端工具
      1. 註意：一般連接不上（防火牆）
        1. 關閉防火牆

    2. selinux沒有關閉

          

      讓selinux立即生效

       

    2.1 環境準備

    在Linux環境下，需要gcc、g-c++、make（makefile）、cmake、autoconfig（configure）、libtool等工具

    在Linux下聯網的情況下，使用如下命令

    # yum install -y gcc make cmake autoconfig libtool

    -y 不需要使用確認互動式

     

    2.2 編譯安裝memcached

    memcached依賴於 libevent庫，因此需要先安裝，分別到各自的官網下載穩定版

    libevetnt官網：http://libevent.org/

    memcache官網：http://memcached.org/

     

    先編譯安裝libevent，在編譯安裝memcached，同時在安裝memcached需要指定libevent的安裝路徑

    具體步驟：

    上傳

  8. 先下載libevent，解壓，並安裝（一般Linux下軟體安裝都是放在 /usr/local/src目錄下，安裝的軟體一般放在/usr/local/NAME）

    # ./configure --prefix=/usr/local/libevent && make && make install

    b. 安裝memcache，解壓、編譯、安裝

    # ./configure --prefix=/usr/local/memcached --with-libevent=/usr/local/libevent && make && make install

     

    2.3 memcached的啟動

    # /usr/local/memcached/bin/memcached -m 64 -p 11211 -u nobody -vv

    註意：此時memcached成功啟動，但把信息輸出到控制台。

    如果想讓memcached作為服務在後臺啟動，只需要加上-d選項（daemon 後臺）

    # /usr/local/memcached/bin/memcached -m 64 -p 11211 -u nobody -d

     

    如何查看伺服器是否正常啟動？

    # ps axu | grep memcached

     

    如果需要查看參數信息，使用 memcached -h 查看幫助：

    操作memcache

    memcached的客戶端與伺服器端的通信很簡單，基於文本的協議，類似http協議，可以直接使用Telnet來做交互

     

    使用Telnet操作（quit退出）

    # telent 伺服器的IP 11211

  9. Windows下

    連接之後 使用 ctrl + ] 打開Telnet的回顯

  10. Linux下

     

    2. 基本命令：

    學習memcache的增刪改查命令：

    add key flag expire length

    key: 名稱

    flag: 1 memcache按照字元串的方式保存

    expire：過期時間，memcache時間

    length：數據長度（B）

    ※add 增加

    # add name 1 0 2 # 在memcache伺服器上添加一個key為的name值 長度為2個位元組，有效期長期有效

     

    如何理解expire

    設置緩存的有效期，有三種格式

  11. 設置秒數，從設置開始，n秒後失效
  12. 時間戳，到指定時間戳後失效
  13. 設置為0，不自動失效（特別註意，不是永久有效。a. 在memcache安裝時候，指定了一個最長的有效時間，預設是30天（源代碼） b. 可能不到30天，就會被擠出去）

    最近最少使用原則

     

    ※delete 刪除

    # delete key

     

    ※replace 替換

    # replace key flag expire length

     

    ※get 獲取

    # get key

     

    ※set 如果數據有 replace ，沒有則 add

    # set key flag expire length

    name存在：

    age不存在：

     

    ※incr 增加

    # incr age NUMBER

     

    ※decr 減少

    # decr age NUMBER

     

    ※stats 統計memcache伺服器信息

    # stats

     

    ※flush_all 清空所有數據

    # flush_all

    使用php操作memcache

  14. Windows下
  15. 到（http://downloads.php.net/pierre/）下載擴展dll文件
  16. 將該文件放到php的extension_dir 對應的目錄下
  17. 修改php.ini文件，加入 extension=php_memcache.dll，引入該文件
  18. 重啟Apache

     

  19. Linux下 （在Linux下如何為php開啟一個擴展，說一下通用方案）
    1. 到（http://pecl.php.net/package/memcache）去下載擴展源碼

    beta ：測試版：一般都有一些小bug，但是需要用戶去使用發現，如果有問題，可以給官方反饋。然後在做修複

    alpha：內部測試版：內部在開發的時候，使用的版本，一般這個版本bug眾多。但是這個版本往往有新的功能加入。（一般也是新公司才試試）alpha版本有一些補償。

    stable：穩定版：基本無bug，能夠穩定的運行。

     

    ftp使用的註意事項:

  20. vsftpd 是否正常的開啟 service vsftpd status
  21. 一般都只能使用普通用戶連接ftp(不能root來連接ftp)獲取使用 sudo
  22. 自己家目錄的大小空間不夠（上傳文件成功，但是顯示的大小為0）
  23. 防火牆是否關閉（iptables -F 關閉）（iptables -L）

     

     

    # cls

    # cd

    # vim .bashrc

     

    Linux下載末行模式下

    # :x 小寫 退出 wq

    linux在編輯模式下

    # Z 大寫

     

     

    1. 一般下載到 /usr/local/src 目錄下，解壓，併進入該文件夾內

    1. 使用當前php的phpize命令創建configure文件（必須在擴展目錄內）

    # /usr/local/php/bin/phpize 絕對路徑phpize

    d. 利用上面生成的configure文件，收集系統信息 不需要指定安裝路徑

    # ./configure --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config 告訴它如何去找php配置文件

    e. 執行編譯、安裝

    # make && make install

    註意：可以查看上述命令執行完成之後的結構

    # ls /usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20090626/

    1. 修改php.ini配置文件，重啟Apache

     

    註意：在Linux下，如何查看php.ini配置文件的位置？

    解決：phpinfo();

     

    註意：在Linux下，修改配置文件之前，一定要備份

    php.ini-backup-2016-1-12

     

    註意：.so是什麼文件？

    .so是Linux下的共用對象，類型Windows下的.dll文件

     

     

     

    註意：Linux下，關閉一個服務 可以使用

    # pkill -9 httpd

    # ps aux | grep httpd

    #ps uax | grep httpd

     

    將上面生成的地址增加到php.ini配置文件，如下

    extension_dir=/usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20090626/

    extension=memcacahe.so

    1. 測試

    建立一個test.php文件，測試php是否有memcache的一個模塊

    php操作memcache，保存並獲取值

    memcached的記憶體管理與刪除機制

     

    註意：Memcache最大的value也只能是1M的空間。

     

    註意：記憶體碎片化永遠都存在，只是哪一種方式可以使得記憶體碎片最小。

     

    1. 什麼是記憶體碎片化？

    在使用這種記憶體緩存系統的時候，由於不斷的申請，釋放，就會形成一些很小的記憶體片段，無法被利用，這種現象就叫做，記憶體的碎片化。這個小紅塊就是操作系統無法使用的空間。

     

  24. 如何解決？

    memcache利用slab allocator的方式來管理（每個slab class大小為1M）

    最小的單元叫做 chunk（小塊）：存放數據的倉庫

    多個小單元組成一個chunks：多個小塊組成（所有的小塊的大小全部一致）

    每個 slab class的大小為1M

     

  25. memcache如何選擇合適的大小？

    註意：如果 122Bytes的slab裝滿了，現在有一個100Bytes的數據來了，存到哪裡去？

    答：肯定不會存在144，還是存在122這個chunk裡面，利用LRU演算法來實現數據存儲。

     

  26. 固定chunk帶來的記憶體浪費，22B

     

  27. factor調優

    memcached在啟動的時候，會按照一定的大小來組織slab class，可以通過-f 來指定

    預設是1.25，相鄰chunk之間的比值就是增加因數。可以根據自己網站的業務調整緩存因數的大小。

    是因為每個業務不一樣，所需要的最小的chunk是不一樣的。這個參數使得我們的系統變得更加適應自己的業務，因為數據可以自己設定大小。

     

  28. memcache的惰性刪除

    memcached內部不會監視記錄是否過期，而是在get時查看記錄的時間戳，檢查記錄是否過期。這種行為被稱為lazy（惰性）expiration。因此，好處是memcached不會在過期監視上耗費CPU時間。

    比如：有 set(name, asion, 0, 3600) 過了3600秒就失效，失效後，並不會自動刪除，只有當get查詢時，檢測是否過期，如果過期則刪除。

    例如 # add name 1 8 2 當8s後，是失效，還是不存在？通過stats分析

    分析：是失效你，而不是不存在，只有在下一次去獲取時候，memcache才會去檢測它是否過期，過期了就刪除

     

  29. memcache的LRU演算法

    memcached會優先使用已超時的記錄的空間，但即使如此，也會發生追加新記錄時空間不足的情況，此時就要使用名為 Least Recently Used（LRU）機制來分配空間。

    顧名思義，這是刪除"最近最少使用"的記錄的機制。因此，當memcached的記憶體空間不足時（無法從slab class 獲取到新的空間時），就從最近未被使用的記錄中搜索，並將其空

    間分配給新的記錄。從緩存的實用角度來看，該模型十分理想。

     

    當mecache裡面的數據空間（預設是64M）已經占滿了，再繼續存儲數據能否存儲呢？

    答:能存儲，要刪除過期的數據，如果都沒有過期，則刪除最不活躍的數據，騰出空間給後面添加數據。

    例如：以122Bytes的slab舉例，當數據裝滿後，如果來了一個100Bytes數據，如何處理？（即使永久有效，也會被踢）

    分析：記憶體的管理 LRU演算法 、FIFO演算法

     

  30. memcache的一些參數 Ctrl+C

    註意：在vim下如果輸入了 ctrl+s 可以使用 ctrl+q 退出

    -p 監聽的埠

    -l 連接的IP地址, 預設是本機

    -d start 啟動memcached服務

    -d restart 重起memcached服務

    -d stop|shutdown 關閉正在運行的memcached服務

    -d install 安裝memcached服務

    -d uninstall 卸載memcached服務

    -u 以的身份運行 (僅在以root運行的時候有效)

    -m 最大記憶體使用，單位MB。預設64MB

    註意：如果系統是32位的，則最大限製為2G，如果系統是64位，則無限制。

    -M 記憶體耗盡時返回錯誤，而不是刪除項

    -c 最大同時連接數，預設是1024

    -f 塊大小增長因數，預設是1.25

    -n 最小分配空間，key+value+flags預設是48

    -h 顯示幫助

    -v 輸出警告和錯誤信息

    -vv 列印客戶端的請求和返回信息

    -i 列印memcached和libevent的版權信息

     

    實際使用場景

    保存：1. 文件 2. mysql

    問題：如果一個文件夾下session文件過多，檢索變慢，如何處理？

    答：分層處理

    使用Memcache來保存，Memcache使用分散式來保存（拿多台Memcache做存儲）

     

    使用memcache保存session

     

    1. 修改php.ini文件，配置信息如下

        session.save_handler = memcache #代表使用memcache保存session

        session.save_path ="tcp://127.0.0.1:11211" # 指定memcache伺服器的地址和埠

  31. 測試

    1. 開啟session，保存session

  32. 從Memcache獲取session

    高級特性

    分散式memcache配置

    什麼是分散式？

    由於單台memcache的服務能力有限，可以使用多台memcache來提供緩存的功能，這種架構就叫做memcache的分散式緩（集群）存系統

     

    如何實現？

    可以這樣理解，如何將數據分散答各台Memcache伺服器上。

     

    在客戶端實現分散式，在數據保存之前，根據一定的演算法，將數據保存到那台memcache伺服器上，在獲取數據的時候，按照前面相同的演算法去對應的memcache伺服器上獲取數據

     

    分散式演算法

  33. 取摸演算法

    將key的值對伺服器的台數取餘，然後將對應的value值保存到對應的餘數的那台memcache伺服器上，一般這個hash函數 crc32( key ) % 3

    crc32()這個函數可以使得一個字元串變成一個32位的整數

     

    壞處：當某一臺伺服器宕機或者需要增加一臺伺服器的時候，這個時候緩存數據基本全部失效，因為除數變了。 不嚴格的公式， 命中率 = 取到數據/總數 1/N N代表伺服器的台數

     

    引發出來的問題：當memcache宕機之後，緩存數據失效，這個時候MySQL的壓力會驟增，

    這個時候，MySQL會宕機，然後在重啟MySQL，MySQL會在短時期內再次宕機，然後，稍微延遲一點（緩存已經重新建立了一部分），又宕機。隨著時間的慢慢推移，MySQL基本上趨於穩定，緩存系統成功建立。因為緩存數據不存在，所有的請求全部要轉向MySQL來提供，這種現象就叫做memcache的雪崩現象。

     

    概圖：

     

     

  34. 一致性hash實現分散式

     

  35. 假想有一個圓環，分佈著從 0 到 2^32 這麼多個正整數

     

  36. 然後在將伺服器的節點數通過hash函數（crc32()）運算後，按照順時針的方向映射到上面的圓環上

     

  37. 將需要存儲的數據的key也按照上面的hash函數運算後，按照順時針的方向保存到一個不比自己小的節點上

     

    註意：只要是memcache宕機，就一定會有數據的丟失。但是要想辦法讓數據丟失的最少，使用一致性hash，即使有一臺伺服器宕機，也只是影響一臺伺服器上的數據。

     

    虛擬節點：分擔任務

    緩存雪崩現象

    雪崩造成的原因？

  38. 由於演算法不當，取摸演算法，造成大量緩存失效，會引發雪崩

    解決方案：一致性hash演算法

     

  39. 緩存時間都是同一時間，緩存系統會在同一時間全部失效，這個也會造成雪崩

    解決方案：緩存時間設置成一個範圍內的隨機時間（3-9小時）

     

    由於某個memcache節點的緩存數據失效，導致其他memcache節點的緩存命中率下降，緩存中缺失的數據會去MySQL資料庫中查詢，短時期內，造成了MySQL伺服器壓力巨大，造成宕機，就叫做緩存雪崩現象。

     

    當重啟MySQL之後，短期內再次宕機，但緩存數據已經建立了一部分，在MySQL反覆多次啟動之後，緩存全部重建完畢，MySQL不再宕機趨於穩定。

     

    解決方案：把緩存的時間設置成一個範圍內的隨機值（3-9小時），這樣就在不同的時間段失效，把重建的工作分擔到不同的時間上。

    memcache如何做高可用

  40. 使用repcached實現，全稱 replication cached是由日本人發明的memcached的高可用性技術，簡稱複製緩衝區技術。

     

  41. MemcacheDB是一個分散式、key-value形式的持久存儲系統。由sina人員開發。它不是一個緩存組件，而是一個基於對象存取的、可靠的、快速的持久存儲引擎。協議跟memcache一致（不完整），所以很多memcached客戶端都可以跟它連接。MemcacheDB採用Berkeley DB作為持久存儲組件，故很多Berkeley DB的特性的他都支持。擴展
  42. 如何在Linux下給一個php添加一個擴展，說出通用步驟？

    答：

    1. 下載對應擴展源碼
    2. 上傳放入/usr/local/src/
    3. 解壓 併進入文件夾內
    4. 在文件夾內執行 絕對路徑下的 phpize /usr/local/php/bin/phpize
    5. 執行configure ./configure --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config
    6. make && make install
    7. 生成一個目錄文件，文件下麵有一個.so 結尾的文件
    8. 修改php.ini文件
    9. 增加 extension_dir = 目錄 extension= .so文件
    10. 重啟Apache
    11. 添加 phpinfo()
    12. 瀏覽器查看

     

  43. memcache的安全性如何解決？

    答：

    由於memcache的本身設計就是極為簡潔的，根本沒有設置許可權方面的限制。為什麼不設置許可權？ 只提供緩存功能，為了精簡

  44. 放在內網 192.168.1.110 內網IP外網無法訪問
  45. 寫一個防火牆驗證規則，只允許自己規定IP的包可以轉進來，其他的全部丟棄

    192.168.1.221 ---224

    3. 當使用文件保存session文件時候，如果文件過多，如何處理？

    一般來說，超過65535個session文件的時候，這個時候session的獲取就會變得異常緩慢，意味php代碼執行很慢，如何解決？

    答：

    分層處理： 一個文件夾下建立A-Z開頭的文件夾 然後A_Z在建立

    使用memcache處理： 單台memcache處理能力有限，就使用分散式memcache來處理

  46. 如何理解負載均衡集群也是高可用集群，但有不是？

    答：負載均衡集群提供了高可用的能力，如果某一臺宕機之後，還是可以提供正常的服務，只是服務提供的有些吃力而已。

    因為負載均衡集群不提供keepalive的機制。監控機制

     

    案例：

    在項目中如何使用Memcache？

    Memcache存在的意義就是緩存數據，減輕MySQL的壓力。

     

  47. 書寫一個列表頁

  48. 詳情頁

     

    擴展

  49. Linux下安裝一個php的擴展的通用方法

    答：

  50. 下載對應的擴展的源碼 http://pecl.php.net/package/memcache
  51. 將對於的擴展上傳到Linux伺服器上，放在（/usr/local/src/下）
  52. 執行 tar -zxvf NAME.tar.gz
  53. cd NAME
  54. 執行絕對路徑下的phpize命名 （/usr/local/php/bin/phpize）必須在擴展包的目錄內
  55. 執行 ./configure --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config （--with-php-config=絕對路徑下的php-config的路徑，並且不需要指定安裝的路徑）
  56. make && make install
  57. 會生成一個目錄，在個目錄裡面有對於的NAME.so文件
  58. 去修改php.ini的配置文件，增加兩行信息

    extension_dir='上面生成的目錄'

    extension='NAME.so'

  59. 重啟Apache，然後使用phpinfo()函數測試一下，在瀏覽器輸入地址查看，搜索如果有Memcache，代表擴展成功的開啟。

     


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  • wpf ToggleButton選中效果和一個登錄界面
    前言 QuestPDF 是一個開源 .NET 庫，用於生成 PDF 文檔。使用了C# Fluent API方式可簡化開發、減少錯誤並提高工作效率。利用它可以輕鬆生成 PDF 報告、發票、導出文件等。 項目介紹 QuestPDF 是一個革命性的開源 .NET 庫，它徹底改變了我們生成 PDF 文檔的方 ...
  • 彈幕樹洞項目功能新增篇
    項目地址 項目後端地址： https://github.com/ZyPLJ/ZYTteeHole 項目前端頁面地址： ZyPLJ/TreeHoleVue (github.com) https://github.com/ZyPLJ/TreeHoleVue 目前項目測試訪問地址： http://tree ...
  • 第27篇 sqlserver2022詳細安裝步驟
    話不多說，直接開乾 一.下載 1.官方鏈接下載： https://www.microsoft.com/zh-cn/sql-server/sql-server-downloads 2.在下載目錄中找到下麵這個小的安裝包 SQL2022-SSEI-Dev.exe，運行開始下載SQL server； 二. ...
  • .NET 開源高性能 MQTT 類庫
    前言 隨著物聯網（IoT）技術的迅猛發展，MQTT（消息隊列遙測傳輸）協議憑藉其輕量級和高效性，已成為眾多物聯網應用的首選通信標準。 MQTTnet 作為一個高性能的 .NET 開源庫，為 .NET 平臺上的 MQTT 客戶端與伺服器開發提供了強大的支持。 本文將全面介紹 MQTTnet 的核心功能 ...
  • Serilog文檔翻譯系列（六） - 可用的接收器、增強器、格式化輸出
    Serilog支持多種接收器用於日誌存儲，增強器用於添加屬性，LogContext管理動態屬性，支持多種輸出格式包括純文本、JSON及ExpressionTemplate。還提供了自定義格式化選項，適用於不同需求。 ...
  • 警惕 Visual Studio 屬性求值副作用導致邏輯不符合預期
    目錄簡介獲取 HTML 文檔解析 HTML 文檔測試參考文章 簡介 動態內容網站使用 JavaScript 腳本動態檢索和渲染數據，爬取信息時需要模擬瀏覽器行為，否則獲取到的源碼基本是空的。 本文使用的爬取步驟如下： 使用 Selenium 獲取渲染後的 HTML 文檔 使用 HtmlAgility ...
  • [使用目前最新版]HybridCLR6.9.0+YooAsset2.2.4實現純C# Unity熱更新方案 (一)
    1.前言 什麼是熱更新 游戲或者軟體更新時，無需重新下載客戶端進行安裝，而是在應用程式啟動的情況下，在內部進行資源或者代碼更新 Unity目前常用熱更新解決方案 HybridCLR，Xlua，ILRuntime等 Unity目前常用資源管理解決方案 AssetBundles，Addressable， ...
  • 在 ASP.NET Core Web API 中使用操作篩選器統一處理通用操作
    本文章主要是在C# ASP.NET Core Web API框架實現向手機發送驗證碼簡訊功能。這裡我選擇是一個互億無線簡訊驗證碼平臺，其實像阿裡雲，騰訊雲上面也可以。 首先我們先去 互億無線 https://www.ihuyi.com/api/sms.html 去註冊一個賬號 註冊完成賬號後，它會送 ...
  • 第28篇 如何.net中實現高效可靠數據同步api
    通過以下方式可以高效，並保證數據同步的可靠性 1.API設計 使用RESTful設計，確保API端點明確，並使用適當的HTTP方法（如POST用於創建，PUT用於更新）。 設計清晰的請求和響應模型，以確保客戶端能夠理解預期格式。 2.數據驗證 在伺服器端進行嚴格的數據驗證，確保接收到的數據符合預期格 ...
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