如今的信息交互已经进入海量数据时代,作为提升数据访问速度的一种重要手段,分布式缓存技术近年来受到了各界的广泛关注。而memcached是目前最为著名的开源分布式缓存产品,在缓存领域发挥着极为重要的作用,针对其性能的研究和优化尤为必要。因此本文的目的是在保证高性能低延迟特性的基础上实现memcached系统内存利用和缓存命中率的提升。这一研究具有较大的科学研究价值,更为互联网服务的完善提供了经济实用的解决方案。本文从分布式缓存memcached的研究现状出发,分析了目前对于memcached内部优化研究的进展情况,针对当前国内研究的薄弱环节,确立了通过改进数据过期方式提升内存利用的研究思路。文章着重研究了几种现有的缓存置换算法,针对memcached默认使用的LRU算法的局限性以及LIRS算法的不足,提出了一种更适应于分布式缓存系统的置换策略,即基于LIRS的改进型分层缓存置换算法。随后运用C++语言实现了以上多种算法的仿真,进而详细分析了对比结果。在设计实现层面,论文结合惰性过期机制,将基于LIRS思想提出的改进型缓存分层置换算法应用于memcached系统中,取代了原有的LRU置换算法。采用符合Zipf分布的数据集和Mixed TTL模式在不同场景下对于改进后的系统和原系统进行性能测试,对比之下可见,改进后的系统表现良好。在保证吞吐量和延迟时间的基础上使得内存空间利用率有所提升,并且将缓存未命中率降低到原系统未命中率的一半,整体系统的缓存命中率提高了20%。对于内存利用的优化效果明显。