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Nginx缓存机制分析与实践

时间:2024-4-24 17:38     作者:Anglei     分类: 自动化运维


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。
• 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。

• 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:

• 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。
• zone为内存区域的名称,即上面中keys_zone设置的名称。
• 语法:proxy_cache zone | off;

• proxy_cache_key:定义如何生成缓存的键。
• string为生成Key的规则,如$scheme$proxy_host$request_uri。
• 语法:proxy_cache_key string;

• proxy_cache_valid:缓存生效的状态码与过期时间。
• 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;
• 语法:proxy_cache_valid [code ...] time;

• proxy_cache_min_uses:设置资源被请求多少次后被缓存。
• number为次数,默认为1。
• 语法:proxy_cache_min_uses number;

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

• 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。
• 语法:proxy_cache_lock_timeout time;

• proxy_cache_methods:设置对于那些HTTP方法开启缓存。
• method为请求方法类型,如GET、HEAD等。
• 语法:proxy_cache_methods method;

• proxy_no_cache:定义不存储缓存的条件,符合时不会保存。
• string为条件,例如$cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
• 语法:proxy_no_cache string...;

• proxy_cache_bypass:定义不读取缓存的条件,符合时不会从缓存中读取。
• 和上面proxy_no_cache的配置方法类似。
• 语法:proxy_cache_bypass string....

• 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。

本文完结,相关标签: nginx 缓存

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