Nginx 高级缓存配置与优化

一、代理缓存配置 (Proxy Cache)

1. 基础配置模板

nginx 复制代码

http {
    # 定义缓存路径和参数
    proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m 
                     inactive=60m max_size=1g use_temp_path=off;

    server {
        location / {
            proxy_pass http://backend;
            
            # 启用缓存
            proxy_cache my_cache;
            
            # 缓存有效状态码和时长
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            proxy_cache_valid 404      1m;
            
            # 缓存键定义（关键参数）
            proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri$arg_user";
            
            # 跳过缓存条件
            proxy_cache_bypass $http_pragma;
            proxy_no_cache $http_authorization;
            
            # 显示缓存状态头（调试用）
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
        }
    }
}

2. 核心参数解析

keys_zone：定义共享内存区（10MB可存储约8,000个键）
levels：目录层级结构（推荐 1:2 平衡查找效率）
inactive：未访问缓存保留时间（与 max_size 共同作用）
max_size：磁盘缓存最大占用空间
use_temp_path=off：避免临时文件导致的性能损耗

3. 多场景配置案例

场景1：动静分离缓存

nginx 复制代码

location ~* \.(jpg|png|css|js)$ {
    proxy_cache static_cache;
    proxy_cache_valid 200 7d;
    proxy_cache_lock on;  # 缓存锁防止惊群
    proxy_ignore_headers Set-Cookie; # 忽略后端设置的Cookie
}

location /api/ {
    proxy_cache dynamic_cache;
    proxy_cache_valid 200 5s;  # 动态内容短缓存
    proxy_cache_use_stale updating error timeout;
}

场景2：分设备缓存

nginx 复制代码

map $http_user_agent $device_type {
    ~*mobile  "mobile";
    default   "desktop";
}

proxy_cache_key "$device_type$request_uri";

场景3：缓存排除策略

nginx 复制代码

# 排除POST请求
if ($request_method = POST) {
    set $no_cache 1;
}

# 排除特定URL
location /private/ {
    proxy_no_cache 1;
    proxy_cache_bypass 1;
}

二、浏览器缓存控制

1. 基础配置

nginx 复制代码

location ~* \.(js|css|png|jpg)$ {
    expires 365d;
    add_header Cache-Control "public, no-transform";
    etag on;
}

location /dynamic-content {
    expires -1;
    add_header Cache-Control "no-store, must-revalidate";
}

2. 高级控制策略

指纹资源长期缓存

nginx 复制代码

location ~* \.(?<hash>[a-f0-9]{20})\.(js|css)$ {
    expires max;
    add_header Cache-Control "public, immutable";
}

条件缓存控制

nginx 复制代码

map $http_cookie $cache_zone {
    ~*sessionid  $host-nocache;
    default      $host;
}

Vary头处理

nginx 复制代码

location /compressed/ {
    gzip on;
    add_header Vary Accept-Encoding;
}

三、易错点与解决方案

1. 缓存失效问题

问题现象：内容更新后仍返回旧缓存

解决方案 ：

nginx 复制代码

# 添加版本号到缓存键
proxy_cache_key "$request_uri$http_accept$http_user_agent$arg_v";

2. 内存溢出

问题现象 ：keys_zone内存不足导致503错误

解决方案 ：

nginx 复制代码

# 每个key约占用110字节，按需调整
keys_zone=my_cache:100m;  # 可存储约900,000个键

3. 缓存穿透

问题现象：大量请求绕过缓存直达后端

解决方案 ：

nginx 复制代码

proxy_cache_lock on;  # 启用缓存锁
proxy_cache_background_update on; # 后台更新

4. 磁盘I/O瓶颈

问题现象：高并发时磁盘负载过高

解决方案 ：

nginx 复制代码

proxy_cache_path /dev/shm/nginx_cache levels=1:2 keys_zone=ram_cache:512m max_size=2g;

四、实战调试技巧

1. 状态监控

bash 复制代码

# 查看缓存内存使用
$ nginx -T 2>&1 | grep keys_zone

# 实时监控缓存状态
$ tail -f /var/log/nginx/access.log | grep X-Cache-Status

2. 缓存清理

nginx 复制代码

# 使用purge模块（需单独编译）
location ~ /purge(/.*) {
    proxy_cache_purge my_cache "$scheme$request_method$host$1";
}

3. 性能调优

nginx 复制代码

# 调整文件描述符
proxy_temp_file_write_size 64k;
open_file_cache max=10000 inactive=30s;

五、场景案例集

案例1：电商网站商品图片

nginx 复制代码

location ~ /products/(.*)\.(jpe?g|png)$ {
    proxy_cache product_images;
    proxy_cache_valid 200 302 30d;
    proxy_cache_use_stale error timeout invalid_header updating;
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public";
}

案例2：实时股票API

nginx 复制代码

location /stock/ {
    proxy_cache_methods GET HEAD;
    proxy_cache_valid 200 10s;
    proxy_cache_lock_timeout 5s;
    add_header X-Cache-Expires $upstream_http_expires;
}

案例3：多CDN回源

nginx 复制代码

proxy_cache_key "$http_x_forwarded_for$request_uri";
proxy_cache_min_uses 3;  # 至少3次请求才缓存

通过合理配置代理缓存和浏览器缓存，结合业务场景进行精细化控制，可实现性能提升50%以上。建议每次配置变更后使用工具（如siege或wrk）进行压力测试，并通过$upstream_cache_status监控缓存命中率。