科普文：一文搞懂nginx原理和实战

1. Nginx简介与核心架构

1.1 Nginx简介

Nginx (engine x) 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器，也是一个 IMAP/POP3/SMTP 邮件代理服务器。

由 Igor Sysoev 于2004年首次发布，其设计目标是解决 C10K 问题，即在一台服务器上同时处理一万个并发连接。

Nginx 以其高并发处理能力、低资源消耗和模块化设计而闻名，广泛应用于 Web 服务器、反向代理、负载均衡等场景。

1.1.1 主要特性

高并发处理能力：Nginx 使用异步、非阻塞事件驱动架构，能够高效地处理大量并发连接。
低资源消耗：相对于传统的进程或线程模型，Nginx 使用更少的内存和 CPU 资源。
模块化设计：Nginx 的功能通过模块实现，用户可以根据需求加载不同的模块。
高可扩展性：通过第三方模块和 Lua 脚本，Nginx 能够轻松扩展其功能。
丰富的功能：支持 HTTP/2、反向代理、负载均衡、缓存、SSL/TLS、WebSocket 等。

1.1.2 工作流程

当有新的 HTTP 请求到达时，master 进程会将其分发给一个工作进程。
工作进程处理请求，根据配置文件进行请求的处理，包括反向代理、负载均衡、静态文件服务等。
处理完成后，工作进程将响应返回给客户端。

1.1.3 工作模式

Nginx有两种工作模式，分别为单进程工作模式和多进程工作模式。

单进程工作模式：除了一个主进程外，还有一个工作进行。这个工作进程是单线程的。默认的工作模式

多进程工作模式：除了一个主进程外，还有一个工作进行，每一个进程包含多个线程。

1.1.4 nginx目录结构

安装完Nginx后，我们先来熟悉一下Nginx的目录结构，重点目录/文件如下：

conf/nginx.conf ---- nginx配置文件
html ---- 存放静态文件 (html、CSS、Js等)
logs ---- 日志目录，存放日志文件
sbin/nginx ---- 二进制文件，用于启动、停止Nginx服务

1.1.5 nginx常用命令

1. ./nginx -t #检查配置文件的语法的正确性，并尝试打开配置文件中所引用到的文件。
2. ./nginx -c /home/xx/nginx.conf #指定一个配置文件，来代替缺省的。
3. ./nginx -v #nginx 的版本。
4. ./nginx -s reload #reload 会重新加载配置文件，Nginx服务不会中断。而且reload时会测试conf语法等。
5. ./nginx #启动nginx。
6. ./nginx -s stop #stop 会立即停止服务，这种方法比较强硬，无论进程是否在工作，都直接停止进程。
7. ./nginx -s quit #quit 较stop相比就比较温和一些了，需要进程完成当前工作后再停止。

1.2 核心架构

Nginx 的核心架构设计是其高性能和高可用性的关键。核心架构包括模块化设计、事件驱动模型、Master-Worker 进程模型和高效的请求处理流程。

1.2.1 模块化设计

Nginx 采用模块化设计，核心功能和扩展功能都通过模块实现。模块分为核心模块、标准 HTTP 模块和第三方模块。用户可以根据需要启用或禁用模块，灵活配置 Nginx 的功能。

nginx从功能上分为如下四类：

**Core(核心模块)：**构建nginx基础服务、管理其他模块。

**Handlers（处理器模块）：**此类模块直接处理请求，主要负责处理客户端请求并产生待响应内容。

**Filters （过滤器模块）：**此类模块主要对其他处理器模块输出的内容进行修改。

**Upstraem （反代理类模块）：**此类模块是实现反向代理的功能。
**load-balancer(负载均衡模块)😗*实现特定的算法，从服务器中选择一个合适的服务器进行相应请求

各模块之间的http处理流程：
1）客户端发送HTTP请求
2） Nginx从配置文件选择一个合适的模块 ， (如果有)负载均衡模块就根据相应的算法选择一个合适的服务器
3）处理模块对客户端的请求进行处理，并把输出缓冲放到第一个过滤模块上
4） 第一个过滤模块处理后输出给第二个过滤模块，依此类推
5） 最后把响应发给客户端。

核心模块：包括 HTTP 模块、事件模块、解析器模块等。实现 Nginx 的基本功能，如事件处理、内存管理、配置解析等。
- Nginx 的 worker 进程分为核心模块和功能性模块。
- 核心模块主要负责维持一个运行循环（run-loop），在其中执行网络请求处理的不同阶段的模块功能，如网络读写、存储读写、内容传输、外出过滤，以及将请求发往上游服务器等。
  - HTTP 模块处理 HTTP 请求和响应，包括 HTTP 头部解析、HTTP 请求方法解析、URI 解析等。
  - 事件模块负责处理底层的事件通知机制，如 Epoll、Kqueue 等。
  - 解析器模块负责解析 Nginx 配置文件。
- Nginx 的代码采用了模块化设计，这使得我们可以根据需要选择和修改功能模块，然后编译成具有特定功能的服务器。
标准 HTTP 模块：提供 HTTP 服务的功能，如静态文件服务、反向代理、负载均衡等。
第三方模块：由社区或开发者提供，扩展 Nginx 的功能，如 Lua 模块、Redis 模块等。

# 配置示例：启用和配置 HTTP 模块
http {
    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            root /var/www/html;
            index index.html index.htm;
        }

        location /proxy {
            proxy_pass http://backend_server;
        }
    }
}

1.2.2 事件驱动模型

Nginx 使用异步、非阻塞事件驱动模型，能够高效地处理并发连接。基于异步及非阻塞的事件驱动模型是Nginx 实现高并发、高性能的关键。

事件驱动模型基于 epoll（Linux）、kqueue（FreeBSD）等高效的 I/O 多路复用机制，实现事件的高效分发和处理。

这种模型使得 Nginx 能够高效地处理大量并发请求，而不会因为阻塞等待而降低性能。

异步非阻塞：所有 I/O 操作都通过事件通知机制完成，不会阻塞进程。
- Nginx 采用了事件驱动的模型，主要利用了操作系统提供的异步 I/O 机制。
- 当有新的连接建立或者数据可读写时，Nginx 不会阻塞等待，而是通过事件通知机制处理这些事件，从而提高了处理效率。
高效的事件分发：通过 epoll、kqueue 等机制，Nginx 能够快速分发和处理大量并发连接的事件。

// 示例：基于 epoll 的事件循环
for (;;) {
    int n = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (events[i].events & EPOLLIN) {
            // 处理读事件
        } else if (events[i].events & EPOLLOUT) {
            // 处理写事件
        }
    }
}

1.2.3 Master-Worker 进程模型

Nginx 采用 Master-Worker 进程模型，确保高并发处理能力和高可靠性。Master 进程负责管理 Worker 进程，处理信号和管理共享资源。Worker 进程处理实际的请求，互不干扰，提高了并发处理能力和稳定性。

Master 进程：启动、停止 Worker 进程，处理信号（如重新加载配置），管理共享资源（如缓存）。
Worker 进程：处理客户端请求，每个 Worker 进程独立处理不同的连接，避免相互影响。

# 配置示例：设置 Worker 进程数量
worker_processes auto;

events {
    worker_connections 1024;
}

1.2.4 请求处理流程

Nginx 的请求处理流程高度优化，能够高效地处理 HTTP 请求。主要流程包括接收请求、解析请求、选择处理模块、生成响应和发送响应。

接收请求：通过事件驱动模型接收客户端请求。
解析请求：解析 HTTP 请求头，生成请求上下文。
选择处理模块：根据配置选择相应的模块处理请求，如静态文件服务、反向代理等。
生成响应：调用处理模块生成响应数据。
发送响应：通过事件驱动模型发送响应给客户端。

# 配置示例：静态文件服务和反向代理
http {
    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            root /var/www/html;
            index index.html index.htm;
        }

        location /proxy {
            proxy_pass http://backend_server;
        }
    }
}

1.3 Nginx配置文件结构

...              #全局块

events {         #events块
   ...
}

http      #http块
{
    ...   #http全局块
    server        #server块
    { 
        ...       #server全局块
        location [PATTERN]   #location块
        {
            ...
        }
        location [PATTERN] 
        {
            ...
        }
    }
    server
    {
      ...
    }
    ...     #http全局块
}

1、全局块：配置影响nginx全局的指令。一般有运行nginx服务器的用户组，nginx进程pid存放路径，日志存放路径，配置文件引入，允许生成worker process数等。

2、events块：配置影响nginx服务器或与用户的网络连接。有每个进程的最大连接数，选取哪种事件驱动模型处理连接请求，是否允许同时接受多个网路连接，开启多个网络连接序列化等。

3、http块：可以嵌套多个server，配置代理，缓存，日志定义等绝大多数功能和第三方模块的配置。如文件引入，mime-type定义，日志自定义，是否使用sendfile传输文件，连接超时时间，单连接请求数等。

4、server块：配置虚拟主机的相关参数，一个http中可以有多个server。

5、location块：配置请求的路由，以及各种页面的处理情况。

示例：

########### 每个指令必须有分号结束。#################
#user administrator administrators;  #配置用户或者组，默认为nobody nobody。
#worker_processes 2;  #允许生成的进程数，默认为1
#pid /nginx/pid/nginx.pid;   #指定nginx进程运行文件存放地址
error_log log/error.log debug;  #制定日志路径，级别。这个设置可以放入全局块，http块，server块，级别以此为：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg
events {
    accept_mutex on;   #设置网路连接序列化，防止惊群现象发生，默认为on
    multi_accept on;  #设置一个进程是否同时接受多个网络连接，默认为off
    #use epoll;      #事件驱动模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport
    worker_connections  1024;    #最大连接数，默认为512
}
http {
    include       mime.types;   #文件扩展名与文件类型映射表
    default_type  application/octet-stream; #默认文件类型，默认为text/plain
    #access_log off; #取消服务日志    
    log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定义格式
    access_log log/access.log myFormat;  #combined为日志格式的默认值
    sendfile on;   #允许sendfile方式传输文件，默认为off，可以在http块，server块，location块。
    sendfile_max_chunk 100k;  #每个进程每次调用传输数量不能大于设定的值，默认为0，即不设上限。
    keepalive_timeout 65;  #连接超时时间，默认为75s，可以在http，server，location块。

    upstream mysvr {   
      server 127.0.0.1:7878;
      server 192.168.10.121:3333 backup;  #热备
    }
    error_page 404 https://www.baidu.com; #错误页
    server {
        keepalive_requests 120; #单连接请求上限次数。
        listen       4545;   #监听端口
        server_name  127.0.0.1;   #监听地址       
        location  ~*^.+$ {       #请求的url过滤，正则匹配，~为区分大小写，~*为不区分大小写。
           #root path;  #根目录
           #index vv.txt;  #设置默认页
           proxy_pass  http://mysvr;  #请求转向mysvr 定义的服务器列表
           deny 127.0.0.1;  #拒绝的ip
           allow 172.18.5.54; #允许的ip           
        } 
    }
}


需要注意的有以下几点：

1、1.$remote_addr 与$http_x_forwarded_for 用以记录客户端的ip地址； 2.$remote_user ：用来记录客户端用户名称； 3.$time_local ： 用来记录访问时间与时区；4.$request ： 用来记录请求的url与http协议；

  5.$status ： 用来记录请求状态；成功是200， 6.$body_bytes_s ent ：记录发送给客户端文件主体内容大小；7.$http_referer ：用来记录从那个页面链接访问过来的； 8.$http_user_agent ：记录客户端浏览器的相关信息；

2、惊群现象：一个网路连接到来，多个睡眠的进程被同事叫醒，但只有一个进程能获得链接，这样会影响系统性能。

3、每个指令必须有分号结束。

1.3.1、localtion 路由匹配规则

什么是location? : nginx根据用户请求的URI来匹配对应的location模块，匹配到哪个location，请求将被哪个location块中的配置项所处理。

location配置语法：location [修饰符] pattern {…}

常见匹配规则如下：

修饰符	作用
空	无修饰符的前缀匹配，匹配前缀是你配置的（比如说你配的是 /aaa）的url
=	精确匹配
~	正则表达式模式匹配，区分大小写
~*	正则表达式模式匹配，不区分大小写
^~	^~类型的前缀匹配，类似于无修饰符前缀匹配，不同的是，如果匹配到了，那么就停止后续匹配
/	通用匹配，任何请求都会匹配到（只要你域名对，所有请求通吃！）

1.3.2、前缀匹配（无修饰符）

首先我提前创建了prefix_match.html文件，之后改一下nginx.conf文件（给前缀是 /prefixmatch 的请求返回 /etc/nginx/locatest/prefix_match.html 这个文件），如下：

image.png

然后在宿主机hosts中配置域名 172.30.128.65 http://www.locatest.com 映射后，观察到nginx服务器返回内容如下：

image.png

curl http://www.locatest.com/prefixmatch     ✅ 301
curl http://www.locatest.com/prefixmatch?    ✅ 301
curl http://www.locatest.com/PREFIXMATCH     ❌ 404
curl http://www.locatest.com/prefixmatch/    ✅ 200
curl http://www.locatest.com/prefixmatchmmm  ❌ 404
curl http://www.locatest.com/prefixmatch/mmm ❌ 404
curl http://www.locatest.com/aaa/prefixmatch/❌ 404

可以看到 域名/prefixmatch 和域名/prefixmatch? 返回了301 ，原因在于prefixmatch映射的 /etc/nginx/locatest/ 是个目录，而不是个文件所以nginx提示我们301，这个我们不用管没关系，总之我们知道：域名/prefixmatch，域名/prefixmatch? 和域名/prefixmatch/ 这三个url通过我们配置的 无修饰符前缀匹配规则 都能匹配上就行了。

ps：为了方便，我们下边的几个location规则演示不再跳转静态文件了，而是直接return一句话。

1.3.3、精确匹配（ = ）

为了演示精确匹配，我们再给nginx.conf文件增加一个location配置，如下标红处：

image.png

实际效果如下：

image.png

http://www.locatest.com/exactmatch      ✅ 200
http://www.locatest.com/exactmatch？    ✅ 200
http://www.locatest.com/exactmatch/     ❌ 404
http://www.locatest.com/exactmatchmmmm  ❌ 404
http://www.locatest.com/EXACTMATCH      ❌ 404

可以看出来精确匹配就是精确匹配，差一个字也不行！

1.3.4、前缀匹配（ ^~ ）

我们上边说了不带任何修饰符的前缀匹配（5.1小节），这里我们看下修饰符是 ^~的前缀匹配和不带修饰符的前缀匹配有啥区别，先在ngnx.conf文件增加个location并配好如下：

image.png

curl效果如下：

image.png

curl http://www.locatest.com/exactprefixmatch     ✅ 200
curl http://www.locatest.com/exactprefixmatch/    ✅ 200
curl http://www.locatest.com/exactprefixmatch?    ✅ 200
curl http://www.locatest.com/exactprefixmatchmmm  ✅ 200
curl http://www.locatest.com/exactprefixmatch/mmm ✅ 200
curl http://www.locatest.com/aaa/exactprefixmatch ❌ 404
curl http://www.locatest.com/EXACTPREFIXMATCH     ❌ 404

可以看到带修饰符(^~)的前缀匹配像：域名/exactprefixmatchmmm 和域名/exactprefixmatch/mmm 是可以匹配上的，而不带修饰符的前缀匹配这两个类型的url是匹配不上的直接返回了404 ，其他的和不带修饰符的前缀匹配似乎都差不多。

1.3.5、正则匹配（~ 区分大小写）

ps：正则表达式的匹配，需要你对正则语法比较熟悉，熟悉语法后写匹配规则也就得心应手了。

添加个location并配置，如下：（ ^表示开头，$表示结尾）

image.png

实际效果如下：

image.png

curl http://www.locatest.com/regexmatch      ✅ 200
curl http://www.locatest.com/regexmatch/     ❌ 404
curl http://www.locatest.com/regexmatch?     ✅ 200
curl http://www.locatest.com/regexmatchmmm   ❌ 404
curl http://www.locatest.com/regexmatch/mmm  ❌ 404
curl http://www.locatest.com/REGEXMATCH      ❌ 404
curl http://www.locatest.com/aaa/regexmatch  ❌ 404
curl http://www.locatest.com/bbbregexmatch   ❌ 404

可以看到~修饰的正则是区分大小写的。接下来我们看下不区分大小写的匹配。

1.3.6、正则匹配（~* 不区分大小写）

改下location 在修饰符~后加个

image.png

看下实际效果：

image.png

可以看到这次 curl http://www.locatest.com/REGEXMATCH 是可以匹配上的，说明 ~ 确实是不区分大小写的。

1.3.7、通用匹配（ / ）

通用匹配使用一个 / 表示，可以匹配所有请求，一般nginx配置文件最后都会有一个通用匹配规则，当其他匹配规则均失效时，请求会被路由给通用匹配规则处理，如果没有配置通用匹配，并且其他所有匹配规则均失效时，nginx会返回404错误。

image.png

通用匹配实际效果：

image.png

可以看到通用匹配很好理解，只要你域名写对了，那么所有的url都会被匹配上，来者不拒的感觉。

1.3.8、关于location 匹配优先级

上边我们说了6种location匹配规则，那么如果存在多个到底走哪个location呢？这就的说说location的匹配优先级了。先来看下nginx官网和stackoverflow上的资料如下：

image.png

综上资料我们对location匹配优先级的总结如下： 1. 优先走精确匹配，精确匹配命中时，直接走对应的location，停止之后的匹配动作。 2. 无修饰符类型的前缀匹配和 ^~ 类型的前缀匹配命中时，收集命中的匹配，对比出最长的那一条并存起来(最长指的是与请求url匹配度最高的那个location)。 3. 如果步骤2中最长的那一条匹配是^~类型的前缀匹配，直接走此条匹配对应的location并停止后续匹配动作；如果步骤2最长的那一条匹配不是^~类型的前缀匹配（也就是无修饰符的前缀匹配），则继续往下匹配 5. 按location的声明顺序，执行正则匹配，当找到第一个命中的正则location时，停止后续匹配。 6. 都没匹配到，走通用匹配（ / ）（如果有配置的话），如果没配置通用匹配的话，上边也都没匹配上，到这里就是404了。

如果非要给修饰符排个序的话就是酱样子： = > ^~ > 正则 > 无修饰符的前缀匹配 > /

ok关于location就到这里，location是一个很重要的点，学好这个才知道nginx到底是咋匹配url的。

2. Nginx反向代理与负载均衡

Nginx 作为高性能的代理服务器，其代理原理是其设计的核心之一。无论是针对 HTTP 还是其他协议（如 FastCGI、Memcache、Redis 等）的网络请求或响应，Nginx 都采用了代理机制来实现数据的转发和处理。

Nginx 的代理原理主要基于以下几个关键点：

接收请求：当 Nginx 接收到客户端的请求时，根据配置文件中的代理设置，确定是否需要进行代理转发。如果需要代理转发，则根据配置选择合适的代理方式。

建立连接：Nginx 会与目标服务器建立连接，可以是与远程服务器建立 TCP 连接，也可以是与本地应用程序之间建立的 Unix Socket 连接，取决于代理目标的具体情况。

数据传输：一旦连接建立成功，Nginx 会将客户端的请求数据转发给目标服务器，并且在接收到目标服务器的响应后，再将响应数据返回给客户端。这个过程可以是全双工的，意味着 Nginx 可以同时接收客户端请求和目标服务器响应，然后进行相应的转发和处理。

代理缓存：为了进一步提高性能，Nginx 还支持代理缓存功能。它可以将经常请求的数据缓存在本地，避免每次请求都要向后端服务器发起请求，从而减少响应时间和网络负载。

负载均衡：对于需要代理转发的请求，Nginx 还支持负载均衡功能，可以根据一定的策略将请求分发到多个后端服务器上，以实现负载均衡和高可用性。

2.1 反向代理基础

反向代理服务器在客户端和服务器之间充当中介，接收客户端的请求并将其转发给后端服务器，然后将后端服务器的响应返回给客户端。Nginx 作为反向代理服务器的优势在于其高并发处理能力、灵活的配置和丰富的功能。

2.1.1 反向代理的优势

隐藏后端服务器：反向代理隐藏了后端服务器的真实 IP 和端口，提升了安全性。
负载均衡：反向代理可以将请求分发到多台后端服务器，实现负载均衡。
缓存：反向代理服务器可以缓存后端服务器的响应，减少后端服务器的压力，提高响应速度。
SSL 终止：反向代理服务器可以处理 SSL/TLS 加密，减轻后端服务器的负担。

2.1.2 反向代理配置示例

http {
    upstream backend {
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

下面是一个整体的参考：nginx 配置反向代理转发proxy_pass


#=======================================location 带/结尾=======================================
# 请求url http://127.0.0.1:8080/proxy/index.html
location /proxy/ {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080/;
}
# 代理地址以 "/" 结尾，代理转发的url地址为：http://127.0.0.1:8080/index.html

location /proxy/ {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
}
# 代理地址不以 "/" 结尾，代理转发的url地址为：http://127.0.0.1:8080/proxy/index.html

location /proxy/ {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080/tomcat/;
}
# 代理地址以 "tomcat/" 结尾，代理转发的url地址为：http://127.0.0.1:8080/tomat/index.html

location /proxy/ {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080/tomcat;
}
# 代理地址以 "tomcat" 代理转发的url地址为：http://127.0.0.1:8080/proxytomcat/index.html

#=======================================location 不带/结尾=======================================
location /proxy {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080/tomcat;
}
# 代理地址以 "tomcat" 代理转发的url地址为：http://127.0.0.1:8080/tomcat/index.html

location /proxy {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080/;
}
# 代理地址以 "/" 代理转发的url地址为：http://127.0.0.1:8080//index.html

location /proxy {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
}
# 代理地址不以 "/" 代理转发的url地址为：http://127.0.0.1:8080/proxy/index.html

#=======================================alias与root=======================================
location /test/ {
	alias /www/abc/;
}
# 使用alias，当访问/test/时，会到/www/abc/目录下找文件

location /test/ {
	root /www/abc;
}
# 使用root，当访问/test/时，会到/www/abc/test/目录下找文件（如果没有test目录会报403）

#================================多层nginx代理@Websocket服务=======================================
location /secure/socket {
	add_header backendIP $upstream_addr;
	add_header backendCode $upstream_status;
	proxy_redirect off;
	proxy_connect_timeout 6000;
	proxy_read_timeout 6000; 
	proxy_send_timeout 6000;
	proxy_set_header Host 192.168.9.101:8087;
	proxy_pass http://localhost:8080/websocket/web;
	proxy_http_version 1.1;
	proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
	proxy_set_header Connection "upgrade"; 
	proxy_set_header token $arg_username; 
}
#================================多层nginx代理@Java服务=======================================
#主机127.0.0.1下的nginx配置，port=8081
location /local/app/ {
    proxy_pass http://10.9.103.36:8081/;
}
#主机10.9.103.36下的nginx配置，port=8081
location /chat/ {
    proxy_pass http://10.186.253.117:8081/;
}
#================================多层nginx代理@HTML资源=======================================
#主机10.9.103.35下的nginx配置，port=8083
location ^~ /html/chat/ {
    #符号^~：一旦匹配到，就不继续匹配(静态资源匹配)
	proxy_pass http://10.9.103.36:8081/;
}

#主机10.9.103.36下的nginx配置，port=8081(下图为html资源目录结构)
location /mystatic {
    root html;
    index index.html index.htm;
}

2.2 负载均衡策略

Nginx 支持多种负载均衡策略，能够根据不同的需求选择合适的策略将请求分发到后端服务器。

名称	说明
轮询	默认方式
weight	权重方式
ip_hash	依据ip分配方式
least conn	依据最少连接方式
url hash	依据url分配方式
fair	依据响应时间方式

2.2.1 轮询 (Round Robin)

轮询是 Nginx 的默认负载均衡策略，将请求依次分发到每台后端服务器。该策略简单高效，适用于后端服务器性能均衡的情况。

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

2.2.2 最少连接 (Least Connections)

最少连接策略将请求分发到当前活动连接数最少的服务器，适用于后端服务器性能不均衡的情况。

upstream backend {
    least_conn;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

2.2.3 IP 哈希 (IP Hash)

IP 哈希策略根据客户端 IP 计算哈希值，将同一客户端的请求分发到同一台服务器，适用于需要会话保持的场景。

upstream backend {
    ip_hash;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

2.2.4 权重 (Weight)

权重策略为每台服务器设置权重，权重越高，服务器接收到的请求越多，适用于后端服务器性能不均衡且需要手动调整分配比例的情况。

upstream backend {
    server backend1.example.com weight=3;
    server backend2.example.com weight=1;
}

2.3 配置实例

下面提供几个反向代理和负载均衡的实际配置示例，以帮助理解和应用这些概念。

2.3.1 基本反向代理配置

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend1.example.com;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

2.3.2 动静分离配置

动静分离是指将动态请求和静态请求分别处理，以提高效率。Nginx 可以将静态文件请求直接由 Nginx 处理，而将动态请求转发给后端服务器。

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend1.example.com;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }

    location /static/ {
        root /var/www/html;
        expires 30d;
    }
}

2.3.3 负载均衡配置

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

2.4 健康检查

Nginx 还可以对后端服务器进行健康检查，确保请求不会分发到不可用的服务器。通过配置 ngx_http_upstream_module 模块，可以实现简单的健康检查功能。

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com down;
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

在此配置中，backend3.example.com 被标记为 down，Nginx 将不会将请求分发到这台服务器。更高级的健康检查可以通过第三方模块如 ngx_http_upstream_check_module 实现。

2.5 高级反向代理配置

2.5.1 缓存配置

Nginx 可以作为缓存服务器，通过缓存后端服务器的响应，减少后端服务器的负担，提升响应速度。

proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_cache my_cache;
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

2.5.2 SSL 终止

Nginx 可以处理 SSL/TLS 加密，解密客户端请求后将其转发给后端服务器，减轻后端服务器的加密负担。

server {
    listen 443 ssl;
    server_name example.com;

    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/nginx.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/nginx.key;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

2.6 HTTPS配置


#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;
	
	server {
        listen       443 ssl;
        server_name  mt.hello.com;
		#ssl          on;
		ssl_certificate     ../ssl/nj.crt;
		ssl_certificate_key ../ssl/nj.key;
		ssl_session_cache shared:SSL:1m;
		ssl_session_timeout 5m;
		ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
		ssl_prefer_server_ciphers on;
		
		location /chat/ {
            proxy_pass http://jd.hello.com:8089;
        }
	}
	
	server {
		listen 80;
    
		#填写绑定证书的域名
		server_name mt.hello.com;
    
		#强制将http的URL重写成https
		rewrite ^(.*) https://$server_name$1 permanent; 
	}
	
	server {
        listen       8081;
        server_name  mt.hello.com;
		
		location /chat/ {
            proxy_pass http://jd.hello.com:8089;
        }

        location /proxy/nginx/ {
			if ($host = 'mt.hello.com') {
                rewrite ^(.*)$ http://jd.hello.com/$1 permanent;
            }
            proxy_pass http://jd.hello.com:8089/;
        }

       location /proxy/ {
			if ($host = 'mt.hello.com') {
                rewrite ^(.*)$ http://www.baidu.com permanent;
            }
            proxy_pass http://jd.hello.com:8089/;
        }
		
		location /error/ {
			if ($host = 'jd.hello.com') {
                return 404;
            }
            proxy_pass http://jd.hello.com:8089/;
        }
		
		error_page 404 /404.html;
		error_page 500 502 503 504 /50x.html;
		location =/50x.html{
			root html;
		}
		
		location =/404.html{
			root html;
		}

		location /mystatic {
            root html;
			index index.html index.htm;
        }
    }
    
}

3. Nginx性能优化

Nginx 以其高性能和高并发处理能力著称，但在实际应用中，合理的性能优化策略仍能显著提升其性能。本文将详细探讨 Nginx 的性能优化方法，包括配置优化、系统优化、缓存机制和高并发优化。

3.1 配置优化

Nginx 的配置对其性能有着至关重要的影响。合理的配置可以减少资源消耗，提高处理效率。

3.1.1 Worker 进程配置

Nginx 的 worker_processes 参数决定了处理请求的工作进程数量。一般建议将其设置为等于服务器的 CPU 核心数，以充分利用多核 CPU 的并行处理能力。

worker_cpu_affinity：将Nginx⼯作进程绑定到指定的CPU核⼼，默认Nginx是不进⾏进程绑定的。

# worker_processes auto;  

#auto 表示自动检测 CPU 核心数，并设置相应数量的工作进程。



# 找到以下两行，修改为合适的值
StartServers       8     # 初始启动的进程数
MaxRequestWorkers  150   # 最大的并发请求处理数
 
user  nginx nginx;                 # 启动Nginx⼯作进程的⽤⼾和组
worker_processes  [number | auto]; # 启动Nginx⼯作进程的数量
worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000;
# 将Nginx⼯作进程绑定到指定的CPU核⼼，默认Nginx是不进⾏进程绑定的，
# 绑定并不是意味着当前nginx进程独 占以⼀核⼼CPU，但是可以保证此进程不会运⾏在其他核⼼上，
# 这就极⼤减少了nginx的⼯作进程在不同的cpu核 ⼼上的来回跳转，减少了CPU对进程的资源分配与回收以及内存管理等，
#因此可以有效的提升nginx服务器的性 能。 此处CPU有四颗核心。也可写成:
#worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;
 
#cpu的亲和能偶使nginx对于不同的work工作进程绑定到不同的cpu上面去。就能够减少在work间不#断切换cpu，把进程通常不会在处理器之间频繁迁移，进程迁移的频率小，来减少性能损耗。
#每个 worker 的线程可以把一个 cpu 的性能发挥到极致。所以 worker 数和服务器的 cpu 数相#等是最为适宜的。设少了会浪费 cpu，设多了会造成 cpu 频繁切换上下文带来的损耗

3.1.2 Worker 连接数配置

worker_connections 参数决定了每个工作进程可以处理的最大连接数。为了提高并发处理能力，建议将其设置为尽可能大的值。

events {
    worker_connections 1024;
}

这个配置表示每个工作进程最多可以处理 1024 个并发连接。

3.1.3 缓存配置

Nginx 提供多种缓存机制，可以缓存后端服务器的响应，减少后端服务器的压力，提高响应速度。常用的缓存机制包括 FastCGI 缓存和代理缓存。

proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_cache my_cache;
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

这个配置创建了一个缓存区域 my_cache，并在反向代理时启用了缓存。

3.2 系统优化

除了 Nginx 的配置优化，对操作系统的优化也能显著提高 Nginx 的性能。

3.2.1 文件描述符限制

Nginx 处理大量并发连接时，需要打开大量的文件描述符。默认的文件描述符限制可能不足，需通过修改系统配置提高限制。

# 临时修改
ulimit -n 65535

# 永久修改，编辑 /etc/security/limits.conf
* soft nofile 65535
* hard nofile 65535

3.2.2 TCP 连接优化

调整 TCP 连接参数，可以减少网络延迟，提高并发处理能力。

# 调整内核参数，编辑 /etc/sysctl.conf
net.core.somaxconn = 65535
net.core.netdev_max_backlog = 65535
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

# 应用配置
sysctl -p

3.3 缓存机制

缓存是提升 Nginx 性能的重要手段。通过缓存机制，Nginx 可以将后端服务器的响应存储在本地，减少后端服务器的负载。

3.3.1 FastCGI 缓存

FastCGI 缓存用于缓存 FastCGI 应用程序的响应，例如 PHP。

fastcgi_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=fastcgi_cache:10m inactive=60m;
fastcgi_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";

server {
    location ~ \.php$ {
        fastcgi_pass unix:/var/run/php/php7.4-fpm.sock;
        fastcgi_index index.php;
        include fastcgi_params;

        fastcgi_cache fastcgi_cache;
        fastcgi_cache_valid 200 60m;
        fastcgi_cache_use_stale error timeout invalid_header updating;
    }
}

3.3.2 代理缓存

代理缓存用于缓存反向代理的响应，减少后端服务器的负载。

proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

server {
    location / {
        proxy_cache my_cache;
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

3.4 高并发优化

Nginx 在处理高并发连接时，通过异步非阻塞的事件驱动模型，能够高效地处理大量并发连接。以下是一些针对高并发场景的优化策略。

3.4.1 启用 keepalive

keepalive 可以保持客户端和服务器之间的连接，提高连接重用率，减少连接建立和释放的开销。

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    keepalive 32;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Connection "";
    }
}

3.4.2 调整缓冲区大小

调整 Nginx 的缓冲区大小，可以提高大文件传输的效率，减少内存碎片。

http {
    server {
        client_body_buffer_size 16K;
        client_header_buffer_size 1k;
        large_client_header_buffers 4 16k;
        output_buffers 1 32k;
        postpone_output 1460;
    }
}

3.4.3 启用 Gzip 压缩

启用 Gzip 压缩，可以减少传输的数据量，提高响应速度。

http {
    gzip on;
    gzip_types text/plain application/xml;
    gzip_min_length 1000;
    gzip_comp_level 5;
}