Nginx 緩存系統(tǒng) proxy_cache工作原理解析

更新時間：2024年12月12日 10:42:54 作者：學堂在線

Nginx 的 proxy_cache 模塊允許 Nginx 作為反向代理服務器時緩存后端服務器的響應,本文給大家介紹Nginx 緩存系統(tǒng) proxy_cache的工作原理,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

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前言

Nginx 的 proxy_cache 模塊是 Nginx 代理功能的一部分，它允許 Nginx 緩存來自后端服務器的響應，以便在后續(xù)的請求中可以直接從緩存中提供內容，而無需再次向后端服務器請求。這種機制可以顯著提高靜態(tài)內容的響應速度，減輕后端服務器的負載，并提高網(wǎng)站的可擴展性。

功能特點

減少后端負載：通過緩存靜態(tài)內容，減少對后端服務器的請求，降低負載。
提高響應速度：緩存的內容可以快速響應后續(xù)相同的請求，提高用戶體驗。
靈活的緩存策略：可以根據(jù)不同的 HTTP 響應狀態(tài)碼設置不同的緩存有效期。
緩存控制：提供了豐富的指令來控制哪些請求可以被緩存，哪些請求應該繞過緩存。

proxy_cache工作原理

Nginx 的 proxy_cache 模塊允許 Nginx 作為反向代理服務器時緩存后端服務器的響應。以下是 proxy_cache 模塊的工作原理：

請求到達：客戶端向 Nginx 發(fā)送請求。
緩存查找：Nginx 首先檢查請求是否命中緩存。這是通過查找共享內存中的緩存鍵（由 proxy_cache_key 定義）來完成的。
緩存命中：如果請求命中緩存，Nginx 直接從緩存中讀取響應并返回給客戶端。
緩存未命中：如果請求未命中緩存，Nginx 將請求轉發(fā)到后端服務器。
后端響應：后端服務器處理請求并返回響應給 Nginx。
緩存存儲：Nginx 將后端服務器的響應存儲在本地文件系統(tǒng)中，同時在共享內存中更新緩存鍵和元數(shù)據(jù)。
返回響應：Nginx 將后端服務器的響應返回給客戶端，并根據(jù) proxy_cache_valid 指令設置的規(guī)則決定緩存時間。

示意圖

+--------+     +---------+     +-----------+     +----------+
| 客戶端  | --> |   Nginx  | --> | 后端服務器 | --> |   Nginx   |
|         |--> |  (查找緩存) |     |           | <-- |  (返回    |
|         |    |  (緩存命中) |     |           |     |  響應)   |
|         |    |  (緩存未命中) |     |           |     +----------+
+---+----+    +---------+     +-----+---+---+
    |                |              |
    |                |              | (緩存存儲)
    |                |              |
    +----------------+--------------+

配置文件示例

# 定義 http 塊，Nginx 的主要配置都在這個塊內
http {
    # 設置緩存路徑及其參數(shù)
    proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=7d use_temp_path=off;
    # levels 定義緩存目錄的層級，1:2 表示兩層
    # keys_zone 定義緩存鍵和大小，my_cache:10m 表示名稱為 my_cache，大小為 10MB
    # max_size 控制緩存區(qū)域的最大磁盤空間，這里設置為 10GB
    # inactive 定義緩存數(shù)據(jù)在指定時間內未被訪問則自動清除的時間，這里設置為 7 天
    # use_temp_path 設置為 off，表示緩存文件直接寫到 cache 中而不使用 temp_path，避免文件拷貝導致影響性能
    # 定義 server 塊，用于監(jiān)聽 80 端口并處理對 example.com 的請求
    server {
        # 監(jiān)聽 80 端口
        listen 80;
        # 設置服務器名，這里為 example.com
        server_name example.com;
        # 定義 location 塊，用于處理根路徑下的請求
        location / {
            # 將請求代理到后端服務器，這里為 http://backend
            proxy_pass http://backend;
            # 啟用緩存，并指定緩存區(qū)域為 my_cache
            proxy_cache my_cache;
            # 設置緩存鍵，這里包括請求方法、主機和請求 URI
            proxy_cache_key "$request_method$host$request_uri";
            # 設置不同 HTTP 狀態(tài)碼的緩存有效期，200 和 302 狀態(tài)碼的響應緩存 10 分鐘
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            # 設置 404 狀態(tài)碼的響應緩存 1 分鐘
            proxy_cache_valid 404 1m;
            # 定義條件跳過緩存，如果請求中包含 no_cache 參數(shù)或特定的 HTTP 頭，則不使用緩存
            proxy_cache_bypass $cookie_no_cache $arg_no_cache$http_pragma$http_authorization;
            # 定義條件不緩存響應，如果請求中包含 no_cache 參數(shù)或特定的 HTTP 頭，則不緩存響應
            proxy_no_cache $cookie_no_cache $arg_no_cache$http_pragma$http_authorization;
        }
    }
}

這段配置注釋詳細解釋了 Nginx 配置文件中的每個指令和它們的參數(shù)，以便更好地理解配置文件的作用和行為。

參數(shù)詳盡說明

proxy_cache_path：定義緩存文件存儲路徑和參數(shù)。
- levels：定義緩存目錄的層級。
- keys_zone：定義共享內存中用于緩存鍵的區(qū)域。
- max_size：定義緩存的最大磁盤空間。
- inactive：定義緩存數(shù)據(jù)在指定時間內未被訪問則自動清除的時間。
- use_temp_path：定義是否使用臨時路徑。
proxy_cache：啟用緩存并指定緩存區(qū)域。
proxy_cache_key：定義緩存的鍵，用于識別緩存數(shù)據(jù)。
proxy_cache_valid：為不同的響應狀態(tài)碼設置緩存時間。

proxy_cache_bypass 和 proxy_no_cache：定義條件跳過緩存和避免緩存特定響應。

性能優(yōu)化方案

緩存策略優(yōu)化：合理配置 proxy_cache_valid 指令，為不同的響應狀態(tài)碼設置不同的緩存時間。
緩存空間管理：通過 proxy_cache_path 指令合理設置緩存空間的大小和有效期。
緩存鍵優(yōu)化：使用 proxy_cache_key 指令定制緩存鍵，減少緩存沖突，提高緩存命中率。
緩存鎖定：通過 proxy_cache_lock 和 proxy_cache_lock_timeout 指令，控制同時對同一緩存項的請求，減少對后端的并發(fā)請求。
使用 CDN：結合 CDN 使用 Nginx 緩存，可以將靜態(tài)資源緩存到離用戶更近的節(jié)點。
監(jiān)控和調整：定期監(jiān)控緩存命中率和響應時間，根據(jù)實際情況調整緩存配置。