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摘要: 原创出处 juejin.cn/post/7112826654291918855 「竹子爱熊猫」欢迎转载，保留摘要，谢谢！

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引言

早期的业务都是基于单体节点部署，由于前期访问流量不大，因此单体结构也可满足需求，但随着业务增长，流量也越来越大，那么最终单台服务器受到的访问压力也会逐步增高。时间一长，单台服务器性能无法跟上业务增长，就会造成线上频繁宕机的现象发生，最终导致系统瘫痪无法继续处理用户的请求。

❝

从上面的描述中，主要存在两个问题：
①单体结构的部署方式无法承载日益增长的业务流量。
②当后端节点宕机后，整个系统会陷入瘫痪，导致整个项目不可用。

❞

因此在这种背景下，引入负载均衡技术可带来的收益：

  • 系统的高可用：当某个节点宕机后可以迅速将流量转移至其他节点。
  • 系统的高性能：多台服务器共同对外提供服务，为整个系统提供了更高规模的吞吐。
  • 系统的拓展性：当业务再次出现增长或萎靡时，可再加入/减少节点，灵活伸缩。

OK~，既然引入负载均衡技术可给我们带来如此巨大的好处，那么又有那些方案可供选择呢？主要有两种负载方案，「硬件层面与软件层面」，比较常用的硬件负载器有A10、F5等，但这些机器动辄大几万乃至几十万的成本，因此一般大型企业会采用该方案，如银行、国企、央企等。
而成本有限，但依旧想做负载均衡的项目，那么可在软件层面实现，如典型的Nginx等，软件层的负载也是本文的重点，毕竟Boss们的准则之一就是：「能靠技术实现的就尽量不花钱。」

❝

当然，如果你认为本文对你而言有帮助，记得点赞、收藏、关注三连噢！

❞

一、性能怪兽-Nginx概念深入浅出

Nginx是目前负载均衡技术中的主流方案，几乎绝大部分项目都会使用它，Nginx是一个轻量级的高性能HTTP反向代理服务器，同时它也是一个通用类型的代理服务器，支持绝大部分协议，如TCP、UDP、SMTP、HTTPS等。

Nginx与Redis相同，都是基于多路复用模型构建出的产物，因此它与Redis同样具备「资源占用少、并发支持高」的特点，在理论上单节点的Nginx同时支持5W并发连接，而实际生产环境中，硬件基础到位再结合简单调优后确实能达到该数值。

先来看看Nginx引入前后，客户端请求处理流程的对比：


原本客户端是直接请求目标服务器，由目标服务器直接完成请求处理工作，但加入Nginx后，所有的请求会先经过Nginx，再由其进行分发到具体的服务器处理，处理完成后再返回Nginx，最后由Nginx将最终的响应结果返回给客户端。

了解了Nginx的基本概念后，再来快速搭建一下环境，以及了解一些Nginx的高级特性，如动静分离、资源压缩、缓存配置、IP黑名单、高可用保障等。

二、Nginx环境搭建

❶首先创建Nginx的目录并进入：

[root@localhost]# mkdir /soft && mkdir /soft/nginx/
[root@localhost]# cd /soft/nginx/

❷下载Nginx的安装包，可以通过FTP工具上传离线环境包，也可通过wget命令在线获取安装包：

[root@localhost]# wget https://nginx.org/download/nginx-1.21.6.tar.gz

没有wget命令的可通过yum命令安装：

[root@localhost]# yum -y install wget

❸解压Nginx的压缩包：

[root@localhost]# tar -xvzf nginx-1.21.6.tar.gz

❹下载并安装Nginx所需的依赖库和包：

[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ gcc-c++
[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ pcre pcre-devel4
[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ zlib zlib-devel
[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ openssl openssl-devel

也可以通过yum命令一键下载（推荐上面哪种方式）：

[root@localhost]# yum -y install gcc zlib zlib-devel pcre-devel openssl openssl-devel

执行完成后，然后ls查看目录文件，会看一大堆依赖：


紧接着通过rpm命令依次将依赖包一个个构建，或者通过如下指令一键安装所有依赖包：

[root@localhost]# rpm -ivh --nodeps *.rpm

❺进入解压后的nginx目录，然后执行Nginx的配置脚本，为后续的安装提前配置好环境，默认位于/usr/local/nginx/目录下（可自定义目录）：

[root@localhost]# cd nginx-1.21.6
[root@localhost]# ./configure --prefix=/soft/nginx/

❻编译并安装Nginx：

[root@localhost]# make && make install

❼最后回到前面的/soft/nginx/目录，输入ls即可看见安装nginx完成后生成的文件。

❽修改安装后生成的conf目录下的nginx.conf配置文件：

[root@localhost]# vi conf/nginx.conf
    修改端口号：listen    80;
 修改IP地址：server_name  你当前机器的本地IP(线上配置域名);

❾制定配置文件并启动Nginx：

[root@localhost]# sbin/nginx -c conf/nginx.conf
[root@localhost]# ps aux | grep nginx

Nginx其他操作命令：

sbin/nginx -t -c conf/nginx.conf # 检测配置文件是否正常
sbin/nginx -s reload -c conf/nginx.conf # 修改配置后平滑重启
sbin/nginx -s quit # 优雅关闭Nginx，会在执行完当前的任务后再退出
sbin/nginx -s stop # 强制终止Nginx，不管当前是否有任务在执行

❿开放80端口，并更新防火墙：

[root@localhost]# firewall-cmd --zone=public --add-port=80/tcp --permanent
[root@localhost]# firewall-cmd --reload
[root@localhost]# firewall-cmd --zone=public --list-ports

⓫在Windows/Mac的浏览器中，直接输入刚刚配置的IP地址访问Nginx：


最终看到如上的Nginx欢迎界面，代表Nginx安装完成。

三、Nginx反向代理-负载均衡

首先通过SpringBoot+Freemarker快速搭建一个WEB项目：springboot-web-nginx，然后在该项目中，创建一个IndexNginxController.java文件，逻辑如下：

@Controller
public class IndexNginxController {
    @Value("${server.port}")
    private String port;

    @RequestMapping("/")
    public ModelAndView index(){
        ModelAndView model = new ModelAndView();
        model.addObject("port", port);
        model.setViewName("index");
        return model;
    }
}

在该Controller类中，存在一个成员变量：port，它的值即是从application.properties配置文件中获取server.port值。当出现访问/资源的请求时，跳转前端index页面，并将该值携带返回。

前端的index.ftl文件代码如下：

<html>
    <head>
        <title>Nginx演示页面</title>
        <link href="nginx_style.css" rel="stylesheet" type="text/css"/>
    </head>
    <body>
        <div style="border: 2px solid red;margin: auto;width: 800px;text-align: center">
            <div  id="nginx_title">
                <h1>欢迎来到熊猫高级会所，我是竹子${port}号！</h1>
            </div>
        </div>
    </body>
</html>

从上可以看出其逻辑并不复杂，仅是从响应中获取了port输出。

OK~，前提工作准备就绪后，再简单修改一下nginx.conf的配置即可：

upstream nginx_boot{
   # 30s内检查心跳发送两次包，未回复就代表该机器宕机，请求分发权重比为1:2
   server 192.168.0.000:8080 weight=100 max_fails=2 fail_timeout=30s; 
   server 192.168.0.000:8090 weight=200 max_fails=2 fail_timeout=30s;
   # 这里的IP请配置成你WEB服务所在的机器IP
}

server {
    location / {
        root   html;
        # 配置一下index的地址，最后加上index.ftl。
        index  index.html index.htm index.jsp index.ftl;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        # 请求交给名为nginx_boot的upstream上
        proxy_pass http://nginx_boot;
    }
}

❝

至此，所有的前提工作准备就绪，紧接着再启动Nginx，然后再启动两个web服务，第一个WEB服务启动时，在application.properties配置文件中，将端口号改为8080，第二个WEB服务启动时，将其端口号改为8090。

❞

最终来看看效果：

负载均衡效果-动图演示

因为配置了请求分发的权重，8080、8090的权重比为2:1，因此请求会根据权重比均摊到每台机器，也就是8080一次、8090两次、8080一次……

Nginx请求分发原理

客户端发出的请求192.168.12.129最终会转变为：http://192.168.12.129:80/，然后再向目标IP发起请求，流程如下：

请求分发原理

  • 由于Nginx监听了192.168.12.129的80端口，所以最终该请求会找到Nginx进程；
  • Nginx首先会根据配置的location规则进行匹配，根据客户端的请求路径/，会定位到location /{}规则；
  • 然后根据该location中配置的proxy_pass会再找到名为nginx_boot的upstream；
  • 最后根据upstream中的配置信息，将请求转发到运行WEB服务的机器处理，由于配置了多个WEB服务，且配置了权重值，因此Nginx会依次根据权重比分发请求。

四、Nginx动静分离

动静分离应该是听的次数较多的性能优化方案，那先思考一个问题：「为什么需要做动静分离呢？它带来的好处是什么？」 其实这个问题也并不难回答，当你搞懂了网站的本质后，自然就理解了动静分离的重要性。先来以淘宝为例分析看看：

淘宝首页

当浏览器输入www.taobao.com访问淘宝首页时，打开开发者调试工具可以很明显的看到，首页加载会出现100+的请求数，而正常项目开发时，静态资源一般会放入到resources/static/目录下：

IDEA 工程结构

在项目上线部署时，这些静态资源会一起打成包，那此时思考一个问题：「假设淘宝也是这样干的，那么首页加载时的请求最终会去到哪儿被处理？」 答案毋庸置疑，首页100+的所有请求都会来到部署WEB服务的机器处理，那则代表着一个客户端请求淘宝首页，就会对后端服务器造成100+的并发请求。毫无疑问，这对于后端服务器的压力是尤为巨大的。

❝

但此时不妨分析看看，首页100+的请求中，是不是至少有60+是属于*.js、*.css、*.html、*.jpg.....这类静态资源的请求呢？答案是Yes。

❞

既然有这么多请求属于静态的，这些资源大概率情况下，长时间也不会出现变动，那为何还要让这些请求到后端再处理呢？能不能在此之前就提前处理掉？当然OK，因此经过分析之后能够明确一点：「做了动静分离之后，至少能够让后端服务减少一半以上的并发量。」 到此时大家应该明白了动静分离能够带来的性能收益究竟有多大。

OK~，搞清楚动静分离的必要性之后，如何实现动静分离呢？其实非常简单，实战看看。

①先在部署Nginx的机器，Nginx目录下创建一个目录static_resources：

❝

> mkdir static_resources
>

❞

②将项目中所有的静态资源全部拷贝到该目录下，而后将项目中的静态资源移除重新打包。

③稍微修改一下nginx.conf的配置，增加一条location匹配规则：

location ~ .*\.(html|htm|gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css){
    root   /soft/nginx/static_resources;
    expires 7d;
}

然后照常启动nginx和移除了静态资源的WEB服务，你会发现原本的样式、js效果、图片等依旧有效，如下：


其中static目录下的nginx_style.css文件已被移除，但效果依旧存在（绿色字体+蓝色大边框)：

移除后效果动图

❝

最后解读一下那条location规则：
location ~ .*\.(html|htm|gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css)
~代表匹配时区分大小写
.*代表任意字符都可以出现零次或多次，即资源名不限制
\.代表匹配后缀分隔符.
(html|...|css)代表匹配括号里所有静态资源类型
综上所述，简单一句话概述：「该配置表示匹配以.html~.css为后缀的所有资源请求。」

❞

最后提一嘴，也可以将静态资源上传到文件服务器中，然后location中配置一个新的upstream指向。

五、Nginx资源压缩

建立在动静分离的基础之上，如果一个静态资源的Size越小，那么自然传输速度会更快，同时也会更节省带宽，因此我们在部署项目时，也可以通过Nginx对于静态资源实现压缩传输，一方面可以节省带宽资源，第二方面也可以加快响应速度并提升系统整体吞吐。

在Nginx也提供了三个支持资源压缩的模块ngx_http_gzip_module、ngx_http_gzip_static_module、ngx_http_gunzip_module，其中ngx_http_gzip_module属于内置模块，代表着可以直接使用该模块下的一些压缩指令，后续的资源压缩操作都基于该模块，先来看看压缩配置的一些参数/指令：

参数项 释义 参数值
gzip 开启或关闭压缩机制 on/off;
gzip_types 根据文件类型选择性开启压缩机制 image/png、text/css...
gzip_comp_level 用于设置压缩级别，级别越高越耗时 1~9（越高压缩效果越好）
gzip_vary 设置是否携带Vary:Accept-Encoding头域的响应头部 on/off;
gzip_buffers 设置处理压缩请求的缓冲区数量和大小 数量 大小，如16 8k;
gzip_disable 针对不同客户端的请求来设置是否开启压缩 如 .*Chrome.*;
gzip_http_version 指定压缩响应所需要的最低HTTP请求版本 如1.1;
gzip_min_length 设置触发压缩的文件最低大小 如512k;
gzip_proxied 对于后端服务器的响应结果是否开启压缩 off、expired、no-cache...

了解了Nginx中的基本压缩配置后，接下来可以在Nginx中简单配置一下：

http{
    # 开启压缩机制
    gzip on;
    # 指定会被压缩的文件类型(也可自己配置其他类型)
    gzip_types text/plain application/javascript text/css application/xml text/javascript image/jpeg image/gif image/png;
    # 设置压缩级别，越高资源消耗越大，但压缩效果越好
    gzip_comp_level 5;
    # 在头部中添加Vary: Accept-Encoding（建议开启）
    gzip_vary on;
    # 处理压缩请求的缓冲区数量和大小
    gzip_buffers 16 8k;
    # 对于不支持压缩功能的客户端请求不开启压缩机制
    gzip_disable "MSIE [1-6]\."; # 低版本的IE浏览器不支持压缩
    # 设置压缩响应所支持的HTTP最低版本
    gzip_http_version 1.1;
    # 设置触发压缩的最小阈值
    gzip_min_length 2k;
    # 关闭对后端服务器的响应结果进行压缩
    gzip_proxied off;
}

在上述的压缩配置中，最后一个gzip_proxied选项，可以根据系统的实际情况决定，总共存在多种选项：

  • off：关闭Nginx对后台服务器的响应结果进行压缩。
  • expired：如果响应头中包含Expires信息，则开启压缩。
  • no-cache：如果响应头中包含Cache-Control:no-cache信息，则开启压缩。
  • no-store：如果响应头中包含Cache-Control:no-store信息，则开启压缩。
  • private：如果响应头中包含Cache-Control:private信息，则开启压缩。
  • no_last_modified：如果响应头中不包含Last-Modified信息，则开启压缩。
  • no_etag：如果响应头中不包含ETag信息，则开启压缩。
  • auth：如果响应头中包含Authorization信息，则开启压缩。
  • any：无条件对后端的响应结果开启压缩机制。

OK~，简单修改好了Nginx的压缩配置后，可以在原本的index页面中引入一个jquery-3.6.0.js文件：

<script type="text/javascript" src="jquery-3.6.0.js"></script>

分别来对比下压缩前后的区别：


从图中可以很明显看出，未开启压缩机制前访问时，js文件的原始大小为230K，当配置好压缩后再重启Nginx，会发现文件大小从230KB→69KB，效果立竿见影！

❝

注意点：
①对于图片、视频类型的数据，会默认开启压缩机制，因此一般无需再次开启压缩。
②对于.js文件而言，需要指定压缩类型为application/javascript，而并非text/javascript、application/x-javascript。

❞

六、Nginx缓冲区

先来思考一个问题，接入Nginx的项目一般请求流程为：“客户端→Nginx→服务端”，在这个过程中存在两个连接：“客户端→Nginx、Nginx→服务端”，那么两个不同的连接速度不一致，就会影响用户的体验（比如浏览器的加载速度跟不上服务端的响应速度）。
其实也就类似电脑的内存跟不上CPU速度，所以对于用户造成的体验感极差，因此在CPU设计时都会加入三级高速缓冲区，用于缓解CPU和内存速率不一致的矛盾。在Nginx也同样存在缓冲区的机制，主要目的就在于：「用来解决两个连接之间速度不匹配造成的问题」，有了缓冲后，Nginx代理可暂存后端的响应，然后按需供给数据给客户端。先来看看一些关于缓冲区的配置项：

  • proxy_buffering：是否启用缓冲机制，默认为on关闭状态。

  • client_body_buffer_size：设置缓冲客户端请求数据的内存大小。

  • proxy_buffers：为每个请求/连接设置缓冲区的数量和大小，默认4 4k/8k。

  • proxy_buffer_size：设置用于存储响应头的缓冲区大小。

  • proxy_busy_buffers_size：在后端数据没有完全接收完成时，Nginx可以将busy状态的缓冲返回给客户端，该参数用来设置busy状态的buffer具体有多大，默认为proxy_buffer_size*2。

  • proxy_temp_path：当内存缓冲区存满时，可以将数据临时存放到磁盘，该参数是设置存储缓冲数据的目录。

    • 语法：proxy_temp_path path;
      • path是临时目录的路径。

  • proxy_temp_file_write_size：设置每次写数据到临时文件的大小限制。

  • proxy_max_temp_file_size：设置临时的缓冲目录中允许存储的最大容量。

  • 非缓冲参数项：

    • proxy_connect_timeout：设置与后端服务器建立连接时的超时时间。
    • proxy_read_timeout：设置从后端服务器读取响应数据的超时时间。
    • proxy_send_timeout：设置向后端服务器传输请求数据的超时时间。

具体的nginx.conf配置如下：

http{
    proxy_connect_timeout 10;
    proxy_read_timeout 120;
    proxy_send_timeout 10;
    proxy_buffering on;
    client_body_buffer_size 512k;
    proxy_buffers 4 64k;
    proxy_buffer_size 16k;
    proxy_busy_buffers_size 128k;
    proxy_temp_file_write_size 128k;
    proxy_temp_path /soft/nginx/temp_buffer;
}

上述的缓冲区参数，是基于每个请求分配的空间，而并不是所有请求的共享空间。当然，具体的参数值还需要根据业务去决定，要综合考虑机器的内存以及每个请求的平均数据大小。

❝

最后提一嘴：使用缓冲也可以减少即时传输带来的带宽消耗。

❞

七、Nginx缓存机制

对于性能优化而言，缓存是一种能够大幅度提升性能的方案，因此几乎可以在各处都能看见缓存，如客户端缓存、代理缓存、服务器缓存等等，Nginx的缓存则属于代理缓存的一种。对于整个系统而言，加入缓存带来的优势额外明显：

  • 减少了再次向后端或文件服务器请求资源的带宽消耗。
  • 降低了下游服务器的访问压力，提升系统整体吞吐。
  • 缩短了响应时间，提升了加载速度，打开页面的速度更快。

那么在Nginx中，又该如何配置代理缓存呢？先来看看缓存相关的配置项：

  • proxy_cache_path：代理缓存的路径。

    • 语法：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];

    • 是的，你没有看错，就是这么长….，解释一下每个参数项的含义：

      • path：缓存的路径地址。
      • levels：缓存存储的层次结构，最多允许三层目录。
      • use_temp_path：是否使用临时目录。
      • keys_zone：指定一个共享内存空间来存储热点Key(1M可存储8000个Key)。
      • inactive：设置缓存多长时间未被访问后删除（默认是十分钟）。
      • max_size：允许缓存的最大存储空间，超出后会基于LRU算法移除缓存，Nginx会创建一个Cache manager的进程移除数据，也可以通过purge方式。
      • manager_files：manager进程每次移除缓存文件数量的上限。
      • manager_sleep：manager进程每次移除缓存文件的时间上限。
      • manager_threshold：manager进程每次移除缓存后的间隔时间。
      • loader_files：重启Nginx载入缓存时，每次加载的个数，默认100。
      • loader_sleep：每次载入时，允许的最大时间上限，默认200ms。
      • loader_threshold：一次载入后，停顿的时间间隔，默认50ms。
      • purger：是否开启purge方式移除数据。
      • purger_files：每次移除缓存文件时的数量。
      • purger_sleep：每次移除时，允许消耗的最大时间。
      • purger_threshold：每次移除完成后，停顿的间隔时间。

  • proxy_cache：开启或关闭代理缓存，开启时需要指定一个共享内存区域。

    • 语法：proxy_cache zone | off;

      • zone为内存区域的名称，即上面中keys_zone设置的名称。

  • proxy_cache_key：定义如何生成缓存的键。

    • 语法：proxy_cache_key string;

      • string为生成Key的规则，如$scheme$proxy_host$request_uri。

  • proxy_cache_valid：缓存生效的状态码与过期时间。

    • 语法：proxy_cache_valid [code ...] time;

      • code为状态码，time为有效时间，可以根据状态码设置不同的缓存时间。
      • 例如：proxy_cache_valid 200 302 30m;

  • proxy_cache_min_uses：设置资源被请求多少次后被缓存。

    • 语法：proxy_cache_min_uses number;

      • number为次数，默认为1。

  • proxy_cache_use_stale：当后端出现异常时，是否允许Nginx返回缓存作为响应。

    • 语法：proxy_cache_use_stale error;

      • error为错误类型，可配置timeout|invalid_header|updating|http_500...。

  • proxy_cache_lock：对于相同的请求，是否开启锁机制，只允许一个请求发往后端。

    • 语法：proxy_cache_lock on | off;

  • proxy_cache_lock_timeout：配置锁超时机制，超出规定时间后会释放请求。

    • proxy_cache_lock_timeout time;

  • proxy_cache_methods：设置对于那些HTTP方法开启缓存。

    • 语法：proxy_cache_methods method;

      • method为请求方法类型，如GET、HEAD等。

  • proxy_no_cache：定义不存储缓存的条件，符合时不会保存。

    • 语法：proxy_no_cache string...;

      • string为条件，例如$cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;

  • proxy_cache_bypass：定义不读取缓存的条件，符合时不会从缓存中读取。

    • 语法：proxy_cache_bypass string...;

      • 和上面proxy_no_cache的配置方法类似。

  • add_header：往响应头中添加字段信息。

    • 语法：add_header fieldName fieldValue;

  • $upstream_cache_status：记录了缓存是否命中的信息，存在多种情况：

    • MISS：请求未命中缓存。
    • HIT：请求命中缓存。
    • EXPIRED：请求命中缓存但缓存已过期。
    • STALE：请求命中了陈旧缓存。
    • REVALIDDATED：Nginx验证陈旧缓存依然有效。
    • UPDATING：命中的缓存内容陈旧，但正在更新缓存。
    • BYPASS：响应结果是从原始服务器获取的。
    • PS：这个和之前的不同，之前的都是参数项，这个是一个Nginx内置变量。

OK~，对于Nginx中的缓存配置项大概了解后，接着来配置一下Nginx代理缓存：

http{
    # 设置缓存的目录，并且内存中缓存区名为hot_cache，大小为128m，
    # 三天未被访问过的缓存自动清楚，磁盘中缓存的最大容量为2GB。
    proxy_cache_path /soft/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=hot_cache:128m inactive=3d max_size=2g;
    
    server{
        location / {
            # 使用名为nginx_cache的缓存空间
            proxy_cache hot_cache;
            # 对于200、206、304、301、302状态码的数据缓存1天
            proxy_cache_valid 200 206 304 301 302 1d;
            # 对于其他状态的数据缓存30分钟
            proxy_cache_valid any 30m;
            # 定义生成缓存键的规则（请求的url+参数作为key）
            proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;
            # 资源至少被重复访问三次后再加入缓存
            proxy_cache_min_uses 3;
            # 出现重复请求时，只让一个去后端读数据，其他的从缓存中读取
            proxy_cache_lock on;
            # 上面的锁超时时间为3s，超过3s未获取数据，其他请求直接去后端
            proxy_cache_lock_timeout 3s;
            # 对于请求参数或cookie中声明了不缓存的数据，不再加入缓存
            proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
            # 在响应头中添加一个缓存是否命中的状态（便于调试）
            add_header Cache-status $upstream_cache_status;
        }
    }
}

接着来看一下效果，如下：


第一次访问时，因为还没有请求过资源，所以缓存中没有数据，因此没有命中缓存。第二、三次，依旧没有命中缓存，直至第四次时才显示命中，这是为什么呢？因为在前面的缓存配置中，我们配置了加入缓存的最低条件为：「资源至少要被请求三次以上才会加入缓存。」 这样可以避免很多无效缓存占用空间。

缓存清理

当缓存过多时，如果不及时清理会导致磁盘空间被“吃光”，因此我们需要一套完善的缓存清理机制去删除缓存，在之前的proxy_cache_path参数中有purger相关的选项，开启后可以帮我们自动清理缓存，但遗憾的是：purger系列参数只有商业版的NginxPlus才能使用，因此需要付费才可使用。

不过天无绝人之路，我们可以通过强大的第三方模块ngx_cache_purge来替代，先来安装一下该插件：
①首先去到Nginx的安装目录下，创建一个cache_purge目录：

[root@localhost]# mkdir cache_purge && cd cache_purge

②通过wget指令从github上拉取安装包的压缩文件并解压：

[root@localhost]# wget https://github.com/FRiCKLE/ngx_cache_purge/archive/2.3.tar.gz
[root@localhost]# tar -xvzf 2.3.tar.gz

③再次去到之前Nginx的解压目录下：

[root@localhost]# cd /soft/nginx/nginx1.21.6

④重新构建一次Nginx，通过--add-module的指令添加刚刚的第三方模块：

[root@localhost]# ./configure --prefix=/soft/nginx/ --add-module=/soft/nginx/cache_purge/ngx_cache_purge-2.3/

⑤重新根据刚刚构建的Nginx，再次编译一下，但切记不要make install：

[root@localhost]# make

⑥删除之前Nginx的启动文件，不放心的也可以移动到其他位置：

[root@localhost]# rm -rf /soft/nginx/sbin/nginx

⑦从生成的objs目录中，重新复制一个Nginx的启动文件到原来的位置：

[root@localhost]# cp objs/nginx /soft/nginx/sbin/nginx

至此，第三方缓存清除模块ngx_cache_purge就安装完成了，接下来稍微修改一下nginx.conf配置，再添加一条location规则：

location ~ /purge(/.*) {
  # 配置可以执行清除操作的IP（线上可以配置成内网机器）
  # allow 127.0.0.1; # 代表本机
  allow all; # 代表允许任意IP清除缓存
  proxy_cache_purge $host$1$is_args$args;
}

然后再重启Nginx，接下来即可通过http://xxx/purge/xx的方式清除缓存。

八、Nginx实现IP黑白名单

有时候往往有些需求，可能某些接口只能开放给对应的合作商，或者购买/接入API的合作伙伴，那么此时就需要实现类似于IP白名单的功能。而有时候有些恶意攻击者或爬虫程序，被识别后需要禁止其再次访问网站，因此也需要实现IP黑名单。那么这些功能无需交由后端实现，可直接在Nginx中处理。

Nginx做黑白名单机制，主要是通过allow、deny配置项来实现：

allow xxx.xxx.xxx.xxx; # 允许指定的IP访问，可以用于实现白名单。
deny xxx.xxx.xxx.xxx; # 禁止指定的IP访问，可以用于实现黑名单。

要同时屏蔽/开放多个IP访问时，如果所有IP全部写在nginx.conf文件中定然是不显示的，这种方式比较冗余，那么可以新建两个文件BlocksIP.conf、WhiteIP.conf：

# --------黑名单：BlocksIP.conf---------
deny 192.177.12.222; # 屏蔽192.177.12.222访问
deny 192.177.44.201; # 屏蔽192.177.44.201访问
deny 127.0.0.0/8; # 屏蔽127.0.0.1到127.255.255.254网段中的所有IP访问

# --------白名单：WhiteIP.conf---------
allow 192.177.12.222; # 允许192.177.12.222访问
allow 192.177.44.201; # 允许192.177.44.201访问
allow 127.45.0.0/16; # 允许127.45.0.1到127.45.255.254网段中的所有IP访问
deny all; # 除开上述IP外，其他IP全部禁止访问

分别将要禁止/开放的IP添加到对应的文件后，可以再将这两个文件在nginx.conf中导入：

http{
    # 屏蔽该文件中的所有IP
    include /soft/nginx/IP/BlocksIP.conf; 
 server{
    location xxx {
        # 某一系列接口只开放给白名单中的IP
        include /soft/nginx/IP/blockip.conf; 
    }
 }
}

对于文件具体在哪儿导入，这个也并非随意的，如果要整站屏蔽/开放就在http中导入，如果只需要一个域名下屏蔽/开放就在sever中导入，如果只需要针对于某一系列接口屏蔽/开放IP，那么就在location中导入。

❝

当然，上述只是最简单的IP黑/白名单实现方式，同时也可以通过ngx_http_geo_module、ngx_http_geo_module第三方库去实现（这种方式可以按地区、国家进行屏蔽，并且提供了IP库）。

❞

九、Nginx跨域配置

跨域问题在之前的单体架构开发中，其实是比较少见的问题，除非是需要接入第三方SDK时，才需要处理此问题。但随着现在前后端分离、分布式架构的流行，跨域问题也成为了每个Java开发必须要懂得解决的一个问题。

跨域问题产生的原因

产生跨域问题的主要原因就在于「同源策略」，为了保证用户信息安全，防止恶意网站窃取数据，同源策略是必须的，否则cookie可以共享。由于http无状态协议通常会借助cookie来实现有状态的信息记录，例如用户的身份/密码等，因此一旦cookie被共享，那么会导致用户的身份信息被盗取。
同源策略主要是指三点相同，「协议+域名+端口」 相同的两个请求，则可以被看做是同源的，但如果其中任意一点存在不同，则代表是两个不同源的请求，同源策略会限制了不同源之间的资源交互。

Nginx解决跨域问题

弄明白了跨域问题的产生原因，接下来看看Nginx中又该如何解决跨域呢？其实比较简单，在nginx.conf中稍微添加一点配置即可：

location / {
    # 允许跨域的请求，可以自定义变量$http_origin，*表示所有
    add_header 'Access-Control-Allow-Origin' *;
    # 允许携带cookie请求
    add_header 'Access-Control-Allow-Credentials' 'true';
    # 允许跨域请求的方法：GET,POST,OPTIONS,PUT
    add_header 'Access-Control-Allow-Methods' 'GET,POST,OPTIONS,PUT';
    # 允许请求时携带的头部信息，*表示所有
    add_header 'Access-Control-Allow-Headers' *;
    # 允许发送按段获取资源的请求
    add_header 'Access-Control-Expose-Headers' 'Content-Length,Content-Range';
    # 一定要有！！！否则Post请求无法进行跨域！
    # 在发送Post跨域请求前，会以Options方式发送预检请求，服务器接受时才会正式请求
    if ($request_method = 'OPTIONS') {
        add_header 'Access-Control-Max-Age' 1728000;
        add_header 'Content-Type' 'text/plain; charset=utf-8';
        add_header 'Content-Length' 0;
        # 对于Options方式的请求返回204，表示接受跨域请求
        return 204;
    }
}

在nginx.conf文件加上如上配置后，跨域请求即可生效了。

❝

但如果后端是采用分布式架构开发的，有时候RPC调用也需要解决跨域问题，不然也同样会出现无法跨域请求的异常，因此可以在你的后端项目中，通过继承HandlerInterceptorAdapter类、实现WebMvcConfigurer接口、添加@CrossOrgin注解的方式实现接口之间的跨域配置。

❞

十、Nginx防盗链设计

首先了解一下何谓盗链：「盗链即是指外部网站引入当前网站的资源对外展示」，来举个简单的例子理解：

❝

好比壁纸网站X站、Y站，X站是一点点去购买版权、签约作者的方式，从而积累了海量的壁纸素材，但Y站由于资金等各方面的原因，就直接通过<img src="X站/xxx.jpg" />这种方式照搬了X站的所有壁纸资源，继而提供给用户下载。

❞

那么如果我们自己是这个X站的Boss，心中必然不爽，那么此时又该如何屏蔽这类问题呢？那么接下来要叙说的「防盗链」 登场了！

Nginx的防盗链机制实现，跟一个头部字段：Referer有关，该字段主要描述了当前请求是从哪儿发出的，那么在Nginx中就可获取该值，然后判断是否为本站的资源引用请求，如果不是则不允许访问。Nginx中存在一个配置项为valid_referers，正好可以满足前面的需求，语法如下：

  • valid_referers none | blocked | server_names | string ...;

    • none：表示接受没有Referer字段的HTTP请求访问。
    • blocked：表示允许http://或https//以外的请求访问。
    • server_names：资源的白名单，这里可以指定允许访问的域名。
    • string：可自定义字符串，支配通配符、正则表达式写法。

简单了解语法后，接下来的实现如下：

# 在动静分离的location中开启防盗链机制
location ~ .*\.(html|htm|gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css){
    # 最后面的值在上线前可配置为允许的域名地址
    valid_referers blocked 192.168.12.129;
    if ($invalid_referer) {
        # 可以配置成返回一张禁止盗取的图片
        # rewrite   ^/ http://xx.xx.com/NO.jpg;
        # 也可直接返回403
        return   403;
    }
    
    root   /soft/nginx/static_resources;
    expires 7d;
}

根据上述中的内容配置后，就已经通过Nginx实现了最基本的防盗链机制，最后只需要额外重启一下就好啦！当然，对于防盗链机制实现这块，也有专门的第三方模块ngx_http_accesskey_module实现了更为完善的设计，感兴趣的小伙伴可以自行去看看。

❝

PS：防盗链机制也无法解决爬虫伪造referers信息的这种方式抓取数据。

❞

十一、Nginx大文件传输配置

在某些业务场景中需要传输一些大文件，但大文件传输时往往都会会出现一些Bug，比如文件超出限制、文件传输过程中请求超时等，那么此时就可以在Nginx稍微做一些配置，先来了解一些关于大文件传输时可能会用的配置项：

配置项 释义
client_max_body_size 设置请求体允许的最大体积
client_header_timeout 等待客户端发送一个请求头的超时时间
client_body_timeout 设置读取请求体的超时时间
proxy_read_timeout 设置请求被后端服务器读取时，Nginx等待的最长时间
proxy_send_timeout 设置后端向Nginx返回响应时的超时时间

在传输大文件时，client_max_body_size、client_header_timeout、proxy_read_timeout、proxy_send_timeout这四个参数值都可以根据自己项目的实际情况来配置。

❝

上述配置仅是作为代理层需要配置的，因为最终客户端传输文件还是直接与后端进行交互，这里只是把作为网关层的Nginx配置调高一点，调到能够“容纳大文件”传输的程度。
当然，Nginx中也可以作为文件服务器使用，但需要用到一个专门的第三方模块nginx-upload-module，如果项目中文件上传的作用处不多，那么建议可以通过Nginx搭建，毕竟可以节省一台文件服务器资源。但如若文件上传/下载较为频繁，那么还是建议额外搭建文件服务器，并将上传/下载功能交由后端处理。

❞

十二、Nginx配置SLL证书

随着越来越多的网站接入HTTPS，因此Nginx中仅配置HTTP还不够，往往还需要监听443端口的请求，HTTPS为了确保通信安全，所以服务端需配置对应的数字证书，当项目使用Nginx作为网关时，那么证书在Nginx中也需要配置，接下来简单聊一下关于SSL证书配置过程：

  • ①先去CA机构或从云控制台中申请对应的SSL证书，审核通过后下载Nginx版本的证书。

  • ②下载数字证书后，完整的文件总共有三个：.crt、.key、.pem：

    • .crt：数字证书文件，.crt是.pem的拓展文件，因此有些人下载后可能没有。
    • .key：服务器的私钥文件，及非对称加密的私钥，用于解密公钥传输的数据。
    • .pem：Base64-encoded编码格式的源证书文本文件，可自行根需求修改拓展名。

  • ③在Nginx目录下新建certificate目录，并将下载好的证书/私钥等文件上传至该目录。

  • ④最后修改一下nginx.conf文件即可，如下：

# ----------HTTPS配置-----------
server {
    # 监听HTTPS默认的443端口
    listen 443;
    # 配置自己项目的域名
    server_name www.xxx.com;
    # 打开SSL加密传输
    ssl on;
    # 输入域名后，首页文件所在的目录
    root html;
    # 配置首页的文件名
    index index.html index.htm index.jsp index.ftl;
    # 配置自己下载的数字证书
    ssl_certificate  certificate/xxx.pem;
    # 配置自己下载的服务器私钥
    ssl_certificate_key certificate/xxx.key;
    # 停止通信时，加密会话的有效期，在该时间段内不需要重新交换密钥
    ssl_session_timeout 5m;
    # TLS握手时，服务器采用的密码套件
    ssl_ciphers ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE:ECDH:AES:HIGH:!NULL:!aNULL:!MD5:!ADH:!RC4;
    # 服务器支持的TLS版本
    ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
    # 开启由服务器决定采用的密码套件
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    location / {
        ....
    }
}

# ---------HTTP请求转HTTPS-------------
server {
    # 监听HTTP默认的80端口
    listen 80;
    # 如果80端口出现访问该域名的请求
    server_name www.xxx.com;
    # 将请求改写为HTTPS（这里写你配置了HTTPS的域名）
    rewrite ^(.*)$ https://www.xxx.com;
}

OK~，根据如上配置了Nginx后，你的网站即可通过https://的方式访问，并且当客户端使用http://的方式访问时，会自动将其改写为HTTPS请求。

十三、Nginx的高可用

线上如果采用单个节点的方式部署Nginx，难免会出现天灾人祸，比如系统异常、程序宕机、服务器断电、机房爆炸、地球毁灭….哈哈哈，夸张了。但实际生产环境中确实存在隐患问题，由于Nginx作为整个系统的网关层接入外部流量，所以一旦Nginx宕机，最终就会导致整个系统不可用，这无疑对于用户的体验感是极差的，因此也得保障Nginx高可用的特性。

❝

接下来则会通过keepalived的VIP机制，实现Nginx的高可用。
VIP并不是只会员的意思，而是指Virtual IP，即虚拟IP。

❞

keepalived在之前单体架构开发时，是一个用的较为频繁的高可用技术，比如MySQL、Redis、MQ、Proxy、Tomcat等各处都会通过keepalived提供的VIP机制，实现单节点应用的高可用。

Keepalived+重启脚本+双机热备搭建

①首先创建一个对应的目录并下载keepalived到Linux中并解压：

[root@localhost]# mkdir /soft/keepalived && cd /soft/keepalived
[root@localhost]# wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz
[root@localhost]# tar -zxvf keepalived-2.2.4.tar.gz

②进入解压后的keepalived目录并构建安装环境，然后编译并安装：

[root@localhost]# cd keepalived-2.2.4
[root@localhost]# ./configure --prefix=/soft/keepalived/
[root@localhost]# make && make install

③进入安装目录的/soft/keepalived/etc/keepalived/并编辑配置文件：

[root@localhost]# cd /soft/keepalived/etc/keepalived/
[root@localhost]# vi keepalived.conf

④编辑主机的keepalived.conf核心配置文件，如下：

global_defs {
    # 自带的邮件提醒服务，建议用独立的监控或第三方SMTP，也可选择配置邮件发送。
    notification_email {
        root@localhost
    }
    notification_email_from root@localhost
    smtp_server localhost
    smtp_connect_timeout 30
    # 高可用集群主机身份标识(集群中主机身份标识名称不能重复，建议配置成本机IP)
 router_id 192.168.12.129 
}

# 定时运行的脚本文件配置
vrrp_script check_nginx_pid_restart {
    # 之前编写的nginx重启脚本的所在位置
 script "/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh" 
    # 每间隔3秒执行一次
 interval 3
    # 如果脚本中的条件成立，重启一次则权重-20
 weight -20
}

# 定义虚拟路由，VI_1为虚拟路由的标示符（可自定义名称）
vrrp_instance VI_1 {
    # 当前节点的身份标识：用来决定主从（MASTER为主机，BACKUP为从机）
 state MASTER
    # 绑定虚拟IP的网络接口，根据自己的机器的网卡配置
 interface ens33 
    # 虚拟路由的ID号，主从两个节点设置必须一样
 virtual_router_id 121
    # 填写本机IP
 mcast_src_ip 192.168.12.129
    # 节点权重优先级，主节点要比从节点优先级高
 priority 100
    # 优先级高的设置nopreempt，解决异常恢复后再次抢占造成的脑裂问题
 nopreempt
    # 组播信息发送间隔，两个节点设置必须一样，默认1s（类似于心跳检测）
 advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 将track_script块加入instance配置块
    track_script {
        # 执行Nginx监控的脚本
  check_nginx_pid_restart
    }

    virtual_ipaddress {
        # 虚拟IP(VIP)，也可扩展，可配置多个。
  192.168.12.111
    }
}

⑤克隆一台之前的虚拟机作为从（备）机，编辑从机的keepalived.conf文件，如下：

global_defs {
    # 自带的邮件提醒服务，建议用独立的监控或第三方SMTP，也可选择配置邮件发送。
    notification_email {
        root@localhost
    }
    notification_email_from root@localhost
    smtp_server localhost
    smtp_connect_timeout 30
    # 高可用集群主机身份标识(集群中主机身份标识名称不能重复，建议配置成本机IP)
 router_id 192.168.12.130 
}

# 定时运行的脚本文件配置
vrrp_script check_nginx_pid_restart {
    # 之前编写的nginx重启脚本的所在位置
 script "/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh" 
    # 每间隔3秒执行一次
 interval 3
    # 如果脚本中的条件成立，重启一次则权重-20
 weight -20
}

# 定义虚拟路由，VI_1为虚拟路由的标示符（可自定义名称）
vrrp_instance VI_1 {
    # 当前节点的身份标识：用来决定主从（MASTER为主机，BACKUP为从机）
 state BACKUP
    # 绑定虚拟IP的网络接口，根据自己的机器的网卡配置
 interface ens33 
    # 虚拟路由的ID号，主从两个节点设置必须一样
 virtual_router_id 121
    # 填写本机IP
 mcast_src_ip 192.168.12.130
    # 节点权重优先级，主节点要比从节点优先级高
 priority 90
    # 优先级高的设置nopreempt，解决异常恢复后再次抢占造成的脑裂问题
 nopreempt
    # 组播信息发送间隔，两个节点设置必须一样，默认1s（类似于心跳检测）
 advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 将track_script块加入instance配置块
    track_script {
        # 执行Nginx监控的脚本
  check_nginx_pid_restart
    }

    virtual_ipaddress {
        # 虚拟IP(VIP)，也可扩展，可配置多个。
  192.168.12.111
    }
}

⑥新建scripts目录并编写Nginx的重启脚本，check_nginx_pid_restart.sh：

[root@localhost]# mkdir /soft/scripts /soft/scripts/keepalived
[root@localhost]# touch /soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh
[root@localhost]# vi /soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh

#!/bin/sh
# 通过ps指令查询后台的nginx进程数，并将其保存在变量nginx_number中
nginx_number=`ps -C nginx --no-header | wc -l`
# 判断后台是否还有Nginx进程在运行
if [ $nginx_number -eq 0 ];then
    # 如果后台查询不到`Nginx`进程存在，则执行重启指令
    /soft/nginx/sbin/nginx -c /soft/nginx/conf/nginx.conf
    # 重启后等待1s后，再次查询后台进程数
    sleep 1
    # 如果重启后依旧无法查询到nginx进程
    if [ `ps -C nginx --no-header | wc -l` -eq 0 ];then
        # 将keepalived主机下线，将虚拟IP漂移给从机，从机上线接管Nginx服务
        systemctl stop keepalived.service
    fi
fi

⑦编写的脚本文件需要更改编码格式，并赋予执行权限，否则可能执行失败：

[root@localhost]# vi /soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh

:set fileformat=unix # 在vi命令里面执行，修改编码格式
:set ff # 查看修改后的编码格式

[root@localhost]# chmod +x /soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh

⑧由于安装keepalived时，是自定义的安装位置，因此需要拷贝一些文件到系统目录中：

[root@localhost]# mkdir /etc/keepalived/
[root@localhost]# cp /soft/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/
[root@localhost]# cp /soft/keepalived/keepalived-2.2.4/keepalived/etc/init.d/keepalived /etc/init.d/
[root@localhost]# cp /soft/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/

⑨将keepalived加入系统服务并设置开启自启动，然后测试启动是否正常：

[root@localhost]# chkconfig keepalived on
[root@localhost]# systemctl daemon-reload
[root@localhost]# systemctl enable keepalived.service
[root@localhost]# systemctl start keepalived.service

其他命令：
systemctl disable keepalived.service # 禁止开机自动启动
systemctl restart keepalived.service # 重启keepalived
systemctl stop keepalived.service # 停止keepalived
tail -f /var/log/messages # 查看keepalived运行时日志

⑩最后测试一下VIP是否生效，通过查看本机是否成功挂载虚拟IP：

[root@localhost]# ip addr

虚拟IP-VIP

❝

从上图中可以明显看见虚拟IP已经成功挂载，但另外一台机器192.168.12.130并不会挂载这个虚拟IP，只有当主机下线后，作为从机的192.168.12.130才会上线，接替VIP。最后测试一下外网是否可以正常与VIP通信，即在Windows中直接ping VIP：

❞

Ping-VIP

外部通过VIP通信时，也可以正常Ping通，代表虚拟IP配置成功。

Nginx高可用性测试

经过上述步骤后，keepalived的VIP机制已经搭建成功，在上个阶段中主要做了几件事：

  • 一、为部署Nginx的机器挂载了VIP。
  • 二、通过keepalived搭建了主从双机热备。
  • 三、通过keepalived实现了Nginx宕机重启。

由于前面没有域名的原因，因此最初server_name配置的是当前机器的IP，所以需稍微更改一下nginx.conf的配置：

sever{
    listen    80;
    # 这里从机器的本地IP改为虚拟IP
 server_name 192.168.12.111;
 # 如果这里配置的是域名，那么则将域名的映射配置改为虚拟IP
}

最后来实验一下效果：

Nginx宕机

❝

在上述过程中，首先分别启动了keepalived、nginx服务，然后通过手动停止nginx的方式模拟了Nginx宕机情况，过了片刻后再次查询后台进程，我们会发现nginx依旧存活。

❞

从这个过程中不难发现，keepalived已经为我们实现了Nginx宕机后自动重启的功能，那么接着再模拟一下服务器出现故障时的情况：

服务器故障

❝

在上述过程中，我们通过手动关闭keepalived服务模拟了机器断电、硬件损坏等情况（因为机器断电等情况=主机中的keepalived进程消失），然后再次查询了一下本机的IP信息，很明显会看到VIP消失了！

❞

现在再切换到另外一台机器：192.168.12.130来看看情况：

130的IP情况

❝

此刻我们会发现，在主机192.168.12.129宕机后，VIP自动从主机飘移到了从机192.168.12.130上，而此时客户端的请求就最终会来到130这台机器的Nginx上。

❞

「最终，利用Keepalived对Nginx做了主从热备之后，无论是遇到线上宕机还是机房断电等各类故障时，都能够确保应用系统能够为用户提供7x24小时服务。」

十四、Nginx性能优化

到这里文章的篇幅较长了，最后再来聊一下关于Nginx的性能优化，主要就简单说说收益最高的几个优化项，在这块就不再展开叙述了，毕竟影响性能都有多方面原因导致的，比如网络、服务器硬件、操作系统、后端服务、程序自身、数据库服务等。

优化一：打开长连接配置

通常Nginx作为代理服务，负责分发客户端的请求，那么建议开启HTTP长连接，用户减少握手的次数，降低服务器损耗，具体如下：

upstream xxx {
    # 长连接数
    keepalive 32;
    # 每个长连接提供的最大请求数
    keepalived_requests 100;
    # 每个长连接没有新的请求时，保持的最长时间
    keepalive_timeout 60s;
}

优化二、开启零拷贝技术

零拷贝这个概念，在大多数性能较为不错的中间件中都有出现，例如Kafka、Netty等，而Nginx中也可以配置数据零拷贝技术，如下：

sendfile on; # 开启零拷贝机制

零拷贝读取机制与传统资源读取机制的区别：

  • 传统方式：「硬件–>内核–>用户空间–>程序空间–>程序内核空间–>网络套接字」
  • 零拷贝方式：「硬件–>内核–>程序内核空间–>网络套接字」

从上述这个过程对比，很轻易就能看出两者之间的性能区别。

优化三、开启无延迟或多包共发机制

在Nginx中有两个较为关键的性能参数，即tcp_nodelay、tcp_nopush，开启方式如下：

tcp_nodelay on;
tcp_nopush on;

TCP/IP协议中默认是采用了Nagle算法的，即在网络数据传输过程中，每个数据报文并不会立马发送出去，而是会等待一段时间，将后面的几个数据包一起组合成一个数据报文发送，但这个算法虽然提高了网络吞吐量，但是实时性却降低了。

❝

因此你的项目属于交互性很强的应用，那么可以手动开启tcp_nodelay配置，让应用程序向内核递交的每个数据包都会立即发送出去。但这样会产生大量的TCP报文头，增加很大的网络开销。

❞

相反，有些项目的业务对数据的实时性要求并不高，追求的则是更高的吞吐，那么则可以开启tcp_nopush配置项，这个配置就类似于“塞子”的意思，首先将连接塞住，使得数据先不发出去，等到拔去塞子后再发出去。设置该选项后，内核会尽量把小数据包拼接成一个大的数据包（一个MTU）再发送出去.

❝

当然若一定时间后（一般为200ms），内核仍然没有积累到一个MTU的量时，也必须发送现有的数据，否则会一直阻塞。

❞

tcp_nodelay、tcp_nopush两个参数是“互斥”的，如果追求响应速度的应用推荐开启tcp_nodelay参数，如IM、金融等类型的项目。如果追求吞吐量的应用则建议开启tcp_nopush参数，如调度系统、报表系统等。

❝

注意：
①tcp_nodelay一般要建立在开启了长连接模式的情况下使用。
②tcp_nopush参数是必须要开启sendfile参数才可使用的。

❞

优化四、调整Worker工作进程

Nginx启动后默认只会开启一个Worker工作进程处理客户端请求，而我们可以根据机器的CPU核数开启对应数量的工作进程，以此来提升整体的并发量支持，如下：

# 自动根据CPU核心数调整Worker进程数量
worker_processes auto;

❝

工作进程的数量最高开到8个就OK了，8个之后就不会有再大的性能提升。

❞

同时也可以稍微调整一下每个工作进程能够打开的文件句柄数：

# 每个Worker能打开的文件描述符，最少调整至1W以上，负荷较高建议2-3W
worker_rlimit_nofile 20000;

❝

操作系统内核（kernel）都是利用文件描述符来访问文件，无论是打开、新建、读取、写入文件时，都需要使用文件描述符来指定待操作的文件，因此该值越大，代表一个进程能够操作的文件越多（但不能超出内核限制，最多建议3.8W左右为上限）。

❞

优化五、开启CPU亲和机制

对于并发编程较为熟悉的伙伴都知道，因为进程/线程数往往都会远超出系统CPU的核心数，因为操作系统执行的原理本质上是采用时间片切换机制，也就是一个CPU核心会在多个进程之间不断频繁切换，造成很大的性能损耗。

而CPU亲和机制则是指将每个Nginx的工作进程，绑定在固定的CPU核心上，从而减小CPU切换带来的时间开销和资源损耗，开启方式如下：

worker_cpu_affinity auto;

优化六、开启epoll模型及调整并发连接数

在最开始就提到过：Nginx、Redis都是基于多路复用模型去实现的程序，但最初版的多路复用模型select/poll最大只能监听1024个连接，而epoll则属于select/poll接口的增强版，因此采用该模型能够大程度上提升单个Worker的性能，如下：

events {
    # 使用epoll网络模型
    use epoll;
    # 调整每个Worker能够处理的连接数上限
    worker_connections  10240;
}

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这里对于select/poll/epoll模型就不展开细说了，后面的IO模型文章中会详细剖析。

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十五、放在最后的结尾

至此，Nginx的大部分内容都已阐述完毕，关于最后一小节的性能优化内容，其实在前面就谈到的动静分离、分配缓冲区、资源缓存、防盗链、资源压缩等内容，也都可归纳为性能优化的方案。

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最后，希望诸君收藏的同时不要忘了点个赞支持一下^_^，在此万分感谢！

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文章目录
  1. 1. 引言
  2. 2. 一、性能怪兽-Nginx概念深入浅出
  3. 3. 二、Nginx环境搭建
  4. 4. 三、Nginx反向代理-负载均衡
    1. 4.0.1. Nginx请求分发原理
  • 5. 四、Nginx动静分离
  • 6. 五、Nginx资源压缩
  • 7. 六、Nginx缓冲区
  • 8. 七、Nginx缓存机制
    1. 8.0.1. 缓存清理
  • 9. 八、Nginx实现IP黑白名单
  • 10. 九、Nginx跨域配置
    1. 10.0.1. 跨域问题产生的原因
    2. 10.0.2. Nginx解决跨域问题
  • 11. 十、Nginx防盗链设计
  • 12. 十一、Nginx大文件传输配置
  • 13. 十二、Nginx配置SLL证书
  • 14. 十三、Nginx的高可用
    1. 14.0.1. Keepalived+重启脚本+双机热备搭建
    2. 14.0.2. Nginx高可用性测试
  • 15. 十四、Nginx性能优化
    1. 15.0.1. 优化一：打开长连接配置
    2. 15.0.2. 优化二、开启零拷贝技术
    3. 15.0.3. 优化三、开启无延迟或多包共发机制
    4. 15.0.4. 优化四、调整Worker工作进程
    5. 15.0.5. 优化五、开启CPU亲和机制
    6. 15.0.6. 优化六、开启epoll模型及调整并发连接数
  • 16. 十五、放在最后的结尾