Nginx缓存相关配置解析

Gabriel_liao2024-02-21 16:42

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前言

客户端需要访问服务器的数据时，如果都直接向服务器发送请求，服务器接收过多的请求，压力会比较大，也比较耗时；而如果在nginx缓存一定的数据，使客户端向基于nginx的代理服务器发送请求，可以有效节省时间。

Nginx缓存机制的作用

  • 缓存能够提升性能，学会Nginx中如何使用缓存很重要。
  • Nginx作为静态资源服务器，静态资源变动频率小，缓存能够加速访问。
  • Nginx离用户最近，启用缓存能更好的提高性能，结合Redis可以组成类似二级缓存。

完整的官方配置文档

缓存放置内容过程：

  1. 当nginx从上游服务器读取响应时，首先将内容写入缓存目录结构之外的临时文件。
  2. 当nginx完成处理请求时，它会重命名临时文件并将其移动到缓存目录。如果用于代理的临时文件目录位于另一个文件系统上，则文件将被复制，因此建议将临时目录和缓存目录保留在同一个文件系统上。当需要显式清除文件时，从缓存目录结构中删除文件也是非常安全的。
  3. nginx有第三方扩展，可以远程控制缓存的内容，并计划在主发行版中集成此功能

缓存的资源也不是一成不变的，因此缓存也需要有更新的机制。

因此，对于Nginx的缓存主要围绕以下几点展开：

  • 缓存文件存放在哪儿
  • 缓存的有效期
  • 如何指定哪些请求走缓存，哪些请求不缓存
  • 如何删除缓存

配置示例

proxy_cache

proxy_cache：用于定义共享内存区域的名称。可以使用变量，默认值为off表示禁用缓存。此参数是proxy_cache_path 指令的基础。

该指令用来开启或关闭缓存，如果是开启则自定使用哪个缓存区来缓存

  • 开启 proxy_cache zone_name;
  • 关闭 proxy_cache off;

zone_name 为自定义名称。

配置位置：http、server、location里

proxy_cache_path

proxy_cache_path：定义缓存的存储路径。

配置位置 : 在 http中，server外

语法 ：

复制代码 
proxy_cache_path path [levels=a:b:c] keys_zone=zone_name:zone_size [inactive=time] [max_size=sizes]

  • path ： 可以是 /usr/local/proxy_cache ,为设置缓存文件的存放地址

  • levels ：levels可以将字符串密文与缓存目录进行结合，指定缓存空间对应的目录，最多可以设置三层，每层取值为1或2；

    例如： levels=1:2 ，表示缓存空间有两层目录，一层是1个字母，二层是2个字母

    如果字符串密文为dsciwbdciow87y8hwdh29，那么levels=1:2 最终的存储目录为：/usr/local/proxy_cache/9/h2

    该参数与 proxy_cache_key 指令有关，proxy_cache_key 的默认值为$scheme$proxy_host$request_uri，然后将获取到的值MD5加密，然后依次从末尾按照levels的设置取值来创建目录。

  • keys_zone ：可以指定缓存区的名称与大小，名称就是上面proxy_cache定义的名称，例keys_zone=impar:300m 表示缓存区名称为impar，大小为300m.

  • inactive ：指定缓存的数据多久未被访问会被删除的时间；inactive=2d，2d表示2天

  • max_size：设置最大的缓存空间，如果缓存空间存满，会根据LRU算法，删除最近最少使用的数据或覆盖目前缓存时间最长的数据,示例max_size=10g

proxy_cache：定义共享内存区域的名称。

proxy_cache_path：定义缓存的存储路径。

proxy_cache_key

该指令用来设置web缓存中的key值，nginx会根据key值的MD5进行哈希缓存

语法 ：

复制代码 
proxy_cache_key string;

默认值 ：

复制代码 
proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;

配置位置：http、server、location里

proxy_cache_valid

该指令用来对不同返回状态码的URL设置不同的缓存时间

语法 ：

复制代码 
proxy_cache_valid [code ...] time;

配置位置：http、server、location里

示例 ：

复制代码 
#不指定响应码，则只对200、301和302进行缓存。
proxy_cache_valid 10m;

#对指定响应码进行缓存。
proxy_cache_valid 200 301 10m;

#对任何响应码进行缓存。
proxy_cache_valid any 10m;

前面我们在配置proxy_cache_path指令时，inactive参数可以指定一定时间内缓存未被访问就会被删除。而proxy_cache_valid指定的是缓存的过期时间，超过该时间缓存将会过期，但是不会被删除。

因此我们在配置的时候，一般inactive的值会大于proxy_cache_valid中的值，否则将会导致缓存还不过期就被删除了。

复制代码 
proxy_cache_valid 404 1m;
proxy_cache_valid 202 302 1m;
proxy_cache_valid any 1m;
  1. 该设置从上到下进行，如果在上面的步骤中被设置（如404，202，302），就不会更改，最后的any只能设置除404，202，302以外的状态。
  2. nginx缓存代理中常有情况：nginx尚未缓存某数据，但是客户端发出请求该数据的信息，nginx往往只能先回复404。但是稍后nginx从服务器请求到了该数据后，客户端再请求该数据那按照原理必然要返回该数据，而不是404。因此，之前请求对应的返回状态码应该有一个"限定有效的时间"。这就需要靠proxy_cache_valid来设置了。

proxy_cache_valid 不是唯一设置缓存时间的，还可以通过如下方式(优先级从上到下)：

以秒为单位的"X-Accel-Expires"响应头来设置响应缓存时间 如果没有"X-Accel-Expires"，可以根据"Cache-Control"、"Expires"来设置响应缓存时间 否则使用proxy_cache_valid设置的缓存时间。

如果响应头包含Cache-Control：private/no-cache/no-store、Set-Cookie或者只有一个Vary响应头且其值为*，则响应内容将不会被缓存。可以使用proxy_ignore_headers来忽略这些响应头。

proxy_cache_lock

当多个客户端同时请求同一份内容时，如果开启proxy_cache_lock(默认off)则只有一个请求被发送至后端;其他请求将等待该内容返回;当第一个请求返回时，其他请求将从缓存中获取内容返回;当第一个请求超过了proxy_cache_lock_timeout超时时间(默认5s)，则其他请求将同时请求到后端来获取响应，且响应不会被缓存;启用proxy_cache_lock可以应对雪崩效应。

复制代码 
proxy_cache_lock_age time;

默认值 ：

复制代码 
proxy_cache_lock_age 5s;

配置位置：http、server、location里

proxy_cache_methods

该指令用户设置哪些http方法可以被缓存

复制代码 
proxy_cache_methods method

method可选方式为GET, HEAD, POST.

默认方式为GET, HEAD。

配置位置：http、server、location里

proxy_cache_bypass

该指令配置不走缓存响应的条件，如果条件命中，则不走缓存。可与proxy_no_cache配合使用。

如果参数中的值至少有一个值不为空且不为"0"，则不走缓存响应。

复制代码 
# 以$arg开头的参数表示url中的对应的参数。
proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache$arg_comment;

proxy_no_cache

该指令配置不缓存响应的条件，如果条件命中，则不缓存。可与proxy_cache_bypass配合使用。

配置位置：http、server、location里

语法：proxy_no_cache string ...;

如果参数中的值至少有一个值不为空且不为"0"，则不缓存响应。

复制代码 
# 以$arg开头的参数表示url中的对应的参数。
proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache$arg_comment;

proxy_cache_min_uses

该指令设置某个请求达到指定次数后，才对其进行缓存。

配置位置：http、server、location里

语法：

复制代码 
proxy_cache_min_uses number;

默认值：proxy_cache_min_uses 1;

add_header 可选项

当前选项不是必须的，只是方便在测试的时候查看是否命中缓存

复制代码 
add_header nginx-cache $upstream_cache_status;

可添加的头示例 ：

  1. add_header Access-Control-Allow-Methods

    明确了客户端所要访问的资源允许使用的方法或方法列表，可以是"GET,OPTIONS,POST,HEAD,PUT,DELETE"

  2. add_header Accept-Ranges

    此字段的值表示可用于定义范围的单位，可以是"bytes"

  3. add_header Access-Control-Allow-Origin "*"

    表示服务器可以接受所有的请求源（Origin）,即接受所有跨域的请求。

  4. add_header Access-Control-Allow-Headers

    可支持的请求首部名字。请求头会列出所有支持的首部列表，用逗号隔开。

    示例：

  5. add_header Access-Control-Allow-Headers "*"

    注意以下这些特定的首部是一直允许的：Accept, Accept-Language, Content-Language, Content-Type，这些被称作simple headers，无需特意声明它们。

使用示例

使用内置$upstream_cache_status变量可以查看缓存命中状态。状态值分别为MISS、BYPASS、EXPIRED、STALE、UPDATING、REVALIDATED、HIT。

在响应中添加Nginx-Cache头，显示缓存命中状态.

配置服务端前置Nginx ：

json 复制代码 
http {
	# 缓存在10分钟之内未被访问即删除
	proxy_cache_path /home/stone/proxy_cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10M inactive=10m max_size=10G;
	server {
		listen       80;
		server_name  localhost;

        location /cache {
            proxy_cache my_cache;
            proxy_cache_key $uri$is_args$args;
            # 缓存的有效期会10s
            proxy_cache_valid any 10s;
            proxy_cache_min_uses 1;
            # 添加缓存命中状态，$upstream_cache_status
            add_header Nginx-Cache $upstream_cache_status;
            proxy_pass http://127.0.0.1:81;
        }
	}



}

同时在html文件夹下创建cache文件，并放入test.html文件。

代码块 ：

复制代码 
	server {
		listen       81;
		server_name  localhost;

        location /cache {
            root html;
        }
	}

访问http://127.0.0.1:80/cache/test.html

第一次访问：缓存状态为MISS，即未命中。

第二次访问：缓存状态为HIT，即已命中缓存。

查看缓存文件夹，已经按照levels参数指定的规则生成目录结构，并缓存文件。

第三次访问：缓存状态为EXPIRED，缓存已过期，因为我们设置的10s过期。

通过响应头判断是否走缓存

首次访问 http://localhost:7000/cache/

服务器返回如下几个缓存控制头部：

  • Last-Modified：表示文档的最后修改时间，当去服务器验证时会拿这个时间去;
    Expires：http/1.0规范定义，表示文档在浏览器中的过期时间，当缓存的内容超过这个时间则需要重新去服务器获取最新的内容;
  • Cache-Control：http/1.1规范定义，表示浏览器缓存控制，例:Cache-Control: public, max-age=31536000,max-age=3153600表示文档可以在浏览器中缓存一年。
  • ETag：发送到服务端进行内容变更验证的，而Catch-Control是用于控制缓存时间的(浏览器、代理层等)。此处我们使用了弱实体W\"6124c"，弱实体("6124c")只要内容语义没变即可，比如内容的gzip版和非gzip版可以使用弱实体验证;而强实体指字节必须完全一致(gzip和非gzip情况是不一样的)，因此建议首先选择使用弱实体。

nginx在生成etag时使用的算法是Last-Modified + Content-Length计算的。根据规范定义Cache-Control优先级高于Expires，实际使用时可以两个都用，或仅使用Cache-Control就可以了。一般情况下Expires=当前系统时间(Date) + 缓存时间(Cache-Control: max-age)。

再次访问 http://localhost:7000/cache/ 时，发现浏览器请求头部有变化：

  • Modified-Since请求头，其值是上次请求响应中的Last-Modified，即浏览器会拿这个时间去服务端验证内容是否发生了变更。

  • If-None-Match请求头，其值是上次请求响应中的ETag，即浏览器会拿这个时间去服务端验证内容是否发生了变更。

Last-Modified与ETag同时使用时，浏览器在验证时会同时发送If-Modified-Since和If-None-Match，按照http/1.1规范，如果同时使用If-Modified-Since和If-None-Match则服务端必须两个都验证通过后才能返回304;且nginx就是这样做的。因此实际使用时应该根据实际情况选择。

当我们按下cmd-F5强制刷新后：浏览器在请求时不会带上If-Modified-Since，并带上Cache-Control:no-cache和Pragma:no-cache，这是为了告诉服务端说我请给我一份最新的内容。

通过响应状态码判断是否走缓存

304 Not Modified

304表示服务器返回文档没有过期

200 (from cache) 表示浏览器直接使用缓存数据

Last-Modified/Modified-Since 用于验证文档内容是否变更 max-age/Expires 定义文档缓存时间，如在有效期内会返回 200(from cache)

原文博客

缓存手动删除

如果服务端的文件发生变化，那么也需要将文件同步到Nginx的缓存中去，因此我们需要对缓存进行删除。

  • 删除对应缓存目录：这种方式看上去简单粗暴，但是想要删除指定的缓存，则犹如大海捞针。

    • rm -rf /home/stone/proxy_cache

  • ngx_cache_purge：第三方模块，通过请求删除指定的缓存文件。

ngx_cache_purge ：

可以借助第三方模块ngx_cache_purge来实现对指定缓存的删除。

下载地址

语法：

复制代码 
proxy_cache_purge keys_zone key;
  • keys_zone：该参数为proxy_cache指令指定的值。
  • key：该参数为proxy_cache_key指定的值。

配置位置：location里

示例 ：

复制代码 
server {
	listen       80;
	server_name  localhost;

	location /cache {
		proxy_cache my_cache;
		# 设置proxy_cache_key
		proxy_cache_key $uri$is_args$args;
		proxy_cache_valid 200 302 10s;
		# 添加缓存命中状态
		add_header Nginx-Cache $upstream_cache_status;
		proxy_pass http://127.0.0.1:81;
	}

	# 删除指定缓存
	location ~/purge(/.*) {
		proxy_cache_purge my_cache $1$is_args$args;
	}
}

原博客

案例博客原文

案例学习原文

知乎案例博客

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