沈無奇 ·Nginx中的緩存與壓縮配置
1. Nginx中的緩存介紹
由于 Nginx 是在網(wǎng)站的所有其他后臺服務(wù)的最前線，它接收的請求和流量是后臺服務(wù)的數(shù)倍甚至數(shù)十倍之多。因此，用好 Nginx 的緩存功能對于大型網(wǎng)站而言至關(guān)重要。Nginx 中的緩存功能優(yōu)勢如下：
- 提升所有客戶端體驗(yàn)
- 有效降低上游服務(wù)器的負(fù)載
- 減少上游服務(wù)器之間的流量消耗
Nginx 的 Web 緩存服務(wù)主要由 proxy_cache 相關(guān)指令集和 fastcgi_cache 相關(guān)指令集構(gòu)成，前者用于反向代理時(shí)，對后端內(nèi)容源服務(wù)器進(jìn)行緩存，后者主要用于對 FastCGI 的動(dòng)態(tài)程序進(jìn)行緩存。兩者的功能基本上一樣。強(qiáng)大的緩存功能也成為了 Nginx 吸引眾多用戶的重要因素之一。
2. Nginx中緩存指令
2.1 expires指令
Nginx 中的 expires 指令通過控制 HTTP 相應(yīng)中的" Expires" 和 "Cache-Control"的頭部值，達(dá)到控制瀏覽器緩存時(shí)間的效果。指令格式如下：
Syntax: expires [modified] time;
expires epoch | max | off;
Default:
expires off;
Context: http, server, location, if in location
Nginx 中的時(shí)間單位有s(秒), m(分), h(小), d(天)。指令參數(shù)說明:
- epoch: 指定"Expires"的值為1, 即 January,1970,00:00:01 GMT;
- max: 指定"Expires"的值為31 December2037 23:59:59GMT, "Cache-Control"的值為10年;
- -1：指定"Expires"的值為當(dāng)前服務(wù)器時(shí)間-1s，即永遠(yuǎn)過期;
off：不修改"Expires"和"Cache-Control"的值 - time中出現(xiàn)@表示具體的時(shí)間，比如@18h30m表示的是下午6點(diǎn)半;
官方的示例如下:
expires 24h; # 24小時(shí)過期
expires modified +24h;
expires @24h;
expires 0; # 不緩存，立即過期
expires -1; # 用不過期
expires epoch;
expires $expires;
2.2 proxy 模塊中的 cache 相關(guān)指令
Nginx 的 proxy 模塊中定義了許多和 cache 相關(guān)的模塊，這是配置 http 請求代理的緩存功能。
通常情況下，我們使用 proxy_cache 指令開啟 Nginx 緩存功能，用 proxy_cache_path 指令來設(shè)置緩存的路徑和其他配置。兩個(gè)指令的用法如下：
Syntax: proxy_cache zone | off;
Default: proxy_cache off;
Context: http, server, location
Syntax: proxy_cache_path path [levels=levels] [use_temp_path=on|off] keys_zone=name:size [inactive=time] [max_size=size] [manager_files=number] [manager_sleep=time] [manager_threshold=time] [loader_files=number] [loader_sleep=time] [loader_threshold=time] [purger=on|off] [purger_files=number] [purger_sleep=time] [purger_threshold=time];
Default: —
Context: http
proxy_cache_path 指令中有較多的參數(shù)，部分重要參數(shù)說明如下:
- path: 定義緩存存放的位置;
- levels: 定義緩存路徑的目錄等級，最多3級
- use_temp_path:
- on: 使用proxy_temp_path定義的目錄
- off:
- keys_zone:
- name: 共享內(nèi)存名
- size: 共享內(nèi)存大小
- max_size: 設(shè)置最大的緩存文件大小
其余的重要的緩存指令有:
- proxy_cache_key: 配置緩存的關(guān)鍵字，格式如下:
Syntax: proxy_cache_key string;
Default: proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;
Context: http, server, location
示例：
proxy_cache_key "$host$request_uri $cookie_user";
- proxy_cache_valid: 配置緩存什么樣的響應(yīng)，緩存多長時(shí)間。注意，如果只設(shè)置了緩存時(shí)間，只緩存只針對相應(yīng)碼200, 301和302的請求 。格式如下:
Syntax: proxy_cache_valid [code ...] time;
Default: —
Context: http, server, location
示例：
proxy_cache_valid 200 302 10m;
proxy_cache_valid 404 1m;
# 只設(shè)置了緩存時(shí)間，只對200，301和302有效
proxy_cache_valid 5m;
proxy_cache_valid 200 302 10m;
proxy_cache_valid 301 1h;
# any表示所有相應(yīng)碼
proxy_cache_valid any 1m;
- proxy_cache_methods: 對哪種 method 的請求使用緩存返回響應(yīng)。
Syntax: proxy_cache_methods GET | HEAD | POST ...;
Default: proxy_cache_methods GET HEAD;
Context: http, server, location
3. Nginx中的壓縮配置
Nginx 的壓縮配置主要是用在與瀏覽交互中，對網(wǎng)頁、css、js等靜態(tài)資源進(jìn)行壓縮，通過消耗 cpu 的計(jì)算資源來節(jié)約大量的帶寬，提高傳輸效率，給用戶良好的體驗(yàn)。Nginx 中的 ngx_http_gzip_module 就是專門處理這里壓縮功能的模塊。其中部分重要指如下:
- gzip: 是否打開 gzip 壓縮功能;
Syntax: gzip on | off;
Default: gzip off;
Context: http, server, location, if in location
- gzip_buffers: 設(shè)置壓縮所需要的緩沖區(qū)大小;
Syntax: gzip_buffers number size;
Default: gzip_buffers 32 4k|16 8k;
Context: http, server, location
- gzip_comp_level: 設(shè)置壓縮級別，從1-9;越大壓縮率越高，同時(shí)消耗cpu資源也越多;
Syntax: gzip_comp_level level;
Default: gzip_comp_level 1;
Context: http, server, location
- gzip_types:需要壓縮的文件格式 text/html默認(rèn)會(huì)壓縮，不用添加;
Syntax: gzip_types mime-type ...;
Default: gzip_types text/html;
Context: http, server, location
- gzip_min_length: 壓縮文件最小大小;
Syntax: gzip_min_length length;
Default: gzip_min_length 20;
Context: http, server, location
一個(gè)常見的壓縮配置如下:
# 開啟gzip壓縮
gzip on;
# http的協(xié)議版本
gzip_http_version 1.0;
# IE版本1-6不支持gzip壓縮，關(guān)閉
gzip_disable 'MSIE[1-6].';
#需要壓縮的文件格式
gzip_types text/css text/javascript application/javascript image/jpeg image/png image/gif;
#設(shè)置為4個(gè)8K內(nèi)存作為壓縮結(jié)果流緩存
gzip_buffers 4 8k;
#壓縮文件最小大小
gzip_min_length 1k;
#壓縮級別1-9
gzip_comp_level 9;
#給響應(yīng)頭加個(gè)vary，告知客戶端能否緩存
gzip_vary on;
#反向代理時(shí)使用
gzip_proxied off;
注意： gzip 的開啟需適應(yīng)特定的場景，比如大文件和圖片的傳輸就不是和開啟 gzip 功能，壓縮效果不明顯的同時(shí)還白白耗費(fèi)系統(tǒng)的資源，所以使用時(shí)需要慎重考慮。
4. 案例實(shí)戰(zhàn)
4.1 expires 指令用法
首先準(zhǔn)備 nginx.conf，中間簡單配置幾條 expires 指令用作測試:
...
http{
server {
listen 8000;
location / {
default_type text/plain;
expires 10m;
#expires -1h;
return 200 '8000, server\n';
}
}
}
...
下面觀察請求結(jié)果:
# 使用 expires 10m 配置，可以看到Expires值正好為10分鐘后
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113:8000 -I
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.17.6
Date: Thu, 06 Feb 2020 11:37:17 GMT
Content-Type: text/plain
Content-Length: 13
Connection: keep-alive
Expires: Thu, 06 Feb 2020 11:47:17 GMT
Cache-Control: max-age=600
# 使用 expires -1h 配置, -1h表示環(huán)境一個(gè)小時(shí)前過期了，所以返回Cache-Control的值為no-cache
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113:8000 -I
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.17.6
Date: Thu, 06 Feb 2020 11:37:32 GMT
Content-Type: text/plain
Content-Length: 13
Connection: keep-alive
Expires: Thu, 06 Feb 2020 10:37:32 GMT
Cache-Control: no-cache
4.2 proxy_cache 緩存實(shí)驗(yàn)
準(zhǔn)備好 proxy_cache 緩存相關(guān)的配置，如下:
...
http {
server {
listen 8000;
location / {
default_type text/plain;
return 200 '8000, server\n';
}
}
server {
listen 8001;
location / {
default_type text/plain;
return 200 '8001, server\n';
}
}
server {
listen 8002;
location / {
default_type text/plain;
return 200 '8002, server\n';
}
}
# 定義上游服務(wù)器
upstream backends {
server 127.0.0.1:8000;
server 127.0.0.1:8001;
server 127.0.0.1:8002;
}
# proxy_cache_path 指令
proxy_cache_path /root/test/cache levels=1:2 keys_zone=nginx_cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;
server {
listen 80;
location / {
proxy_pass http://backends;
proxy_cache nginx_cache;
# 狀態(tài)碼為200和301的緩存1分鐘
proxy_cache_valid 200 301 1m;
# 其余的緩存10分鐘
proxy_cache_valid any 10m;
# response響應(yīng)的頭信息中定義緩存的狀態(tài)（有沒有命中）
proxy_cache_key "$host$uri$is_args$args";
expires 1d;
proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
proxy_no_cache $http_pragma $http_authorization;
# add_header 響應(yīng)添加緩沖命中結(jié)果
add_header Nginx-Cache "$upstream_cache_status";
}
}
...
我們通過 curl 命令向 Nginx 所在主機(jī)的 80端 請求，第一次請求轉(zhuǎn)發(fā)到8000端口，結(jié)果被緩存; 第2-3次請求時(shí)由緩存返回結(jié)果，所以仍然是8000端口的返回；等待超過1分鐘后，緩存失效，請求被轉(zhuǎn)發(fā)到8001端口進(jìn)行處理，返回相應(yīng)結(jié)果；最后再次請求80端口，依舊由緩存命中，返回8001端口的響應(yīng)結(jié)果。參看日志記錄的 http 請求。
# 第一次請求，轉(zhuǎn)到8000端口響應(yīng)，然后緩存
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8000, server
# 接下來請求全部由緩存命中
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8000, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8000, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8000, server
# 緩存失效，轉(zhuǎn)發(fā)到8001端口相應(yīng)，并緩存結(jié)果
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8001, server
# 繼續(xù)命中緩存
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8001, server
查看請求的響應(yīng)結(jié)果:
[root@server sbin]# tail -f ../logs/access.log
127.0.0.1 - - [06/Feb/2020:20:14:15 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 13 "-" "curl/7.29.0" "-""-"
103.46.244.69 - - [06/Feb/2020:20:14:15 +0800] "GET / HTTP/1.1" 200 13 "-" "curl/7.29.0" "-""MISS"
103.46.244.69 - - [06/Feb/2020:20:14:23 +0800] "GET / HTTP/1.1" 200 13 "-" "curl/7.29.0" "-""HIT"
103.46.244.69 - - [06/Feb/2020:20:14:26 +0800] "GET / HTTP/1.1" 200 13 "-" "curl/7.29.0" "-""HIT"
127.0.0.1 - - [06/Feb/2020:20:16:10 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 13 "-" "curl/7.29.0" "-""-"
103.46.244.69 - - [06/Feb/2020:20:16:10 +0800] "GET / HTTP/1.1" 200 13 "-" "curl/7.29.0" "-""EXPIRED"
103.46.244.69 - - [06/Feb/2020:20:16:22 +0800] "GET / HTTP/1.1" 200 13 "-" "curl/7.29.0" "-""HIT"
5. 小結(jié)
本節(jié)內(nèi)容主要是介紹 Nginx 中的緩存功能。一個(gè)是針對瀏覽器的緩存控制，另一個(gè)是針對上游服務(wù)器對 http 請求進(jìn)行緩存，以減輕上游服務(wù)器的負(fù)載，這在高流量場景下是非常必要的。接下來，我們完成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，測試前面講到的緩存指令，并實(shí)際觀察緩存效果。
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