day04-Nginx负载均衡及缓存集成

╰半橙微兮° 2024-03-02 04:04 3阅读 0赞

## Nginx负载均衡 ##

### 负载均衡概述 ###

早期的网站流量和业务功能都比较简单，单台服务器足以满足基本的需求，但是随着互联网的发展，业务流量越来越大并且业务逻辑也跟着越来越复杂，单台服务器的性能及单点故障问题就凸显出来了，因此需要多台服务器进行性能的水平扩展及避免单点故障出现。那么如何将不同用户的请求流量分发到不同的服务器上呢？

![在这里插入图片描述][9887726954e240828878ab466faddfe9.png]

### 负载均衡的原理及处理流程 ###

系统的扩展可以分为纵向扩展和横向扩展。

纵向扩展是从单机的角度出发，通过增加系统的硬件处理能力来提升服务器的处理能力

横向扩展是通过添加机器来满足大型网站服务的处理能力。

![1584602513812][]

这里面涉及到两个重要的角色分别是"应用集群"和"负载均衡器"。

应用集群：将同一应用部署到多台机器上，组成处理集群，接收负载均衡设备分发的请求，进行处理并返回响应的数据。

负载均衡器:将用户访问的请求根据对应的负载均衡算法，分发到集群中的一台服务器进行处理。

#### 负载均衡的作用 ####

1、解决服务器的高并发压力，提高应用程序的处理性能。

2、提供故障转移，实现高可用。

3、通过添加或减少服务器数量，增强网站的可扩展性。

4、在负载均衡器上进行过滤，可以提高系统的安全性。

### 负载均衡常用的处理方式 ###

##### 方式一:用户手动选择 #####

这种方式比较原始，只要实现的方式就是在网站主页上面提供不同线路、不同服务器链接方式，让用户来选择自己访问的具体服务器，来实现负载均衡。

![1584602887881][]

##### 方式二:DNS轮询方式 #####

DNS

域名系统（服务）协议（DNS）是一种分布式网络目录服务，主要用于域名与 IP 地址的相互转换。

大多域名注册商都支持对同一个主机名添加多条A记录，这就是DNS轮询，DNS服务器将解析请求按照A记录的顺序，随机分配到不同的IP上，这样就能完成简单的负载均衡。DNS轮询的成本非常低，在一些不重要的服务器，被经常使用。

![在这里插入图片描述][2cb2fa57751d4cad9aab190d144c7698.png]

如下是我们为某一个域名添加的IP地址，用2台服务器来做负载均衡。

![在这里插入图片描述][6cf2634c2d844837aba531f0c7c12f80.png]

验证:

ping www.nginx521.cn

清空本地的dns缓存

ipconfig/flushdns

我们发现使用DNS来实现轮询，不需要投入过多的成本，虽然DNS轮询成本低廉，但是DNS负载均衡存在明显的缺点。

1.可靠性低

假设一个域名DNS轮询多台服务器，如果其中的一台服务器发生故障，那么所有的访问该服务器的请求将不会有所回应，即使你将该服务器的IP从DNS中去掉，但是由于各大宽带接入商将众多的DNS存放在缓存中，以节省访问时间，导致DNS不会实时更新。所以DNS轮流上一定程度上解决了负载均衡问题，但是却存在可靠性不高的缺点。

2.负载均衡不均衡

DNS负载均衡采用的是简单的轮询负载算法，不能区分服务器的差异，不能反映服务器的当前运行状态，不能做到为性能好的服务器多分配请求，另外本地计算机也会缓存已经解析的域名到IP地址的映射，这也会导致使用该DNS服务器的用户在一定时间内访问的是同一台Web服务器，从而引发Web服务器减的负载不均衡。

负载不均衡则会导致某几台服务器负荷很低，而另外几台服务器负荷确很高，处理请求的速度慢，配置高的服务器分配到的请求少，而配置低的服务器分配到的请求多。

##### 方式三:四/七层负载均衡 #####

介绍四/七层负载均衡之前，我们先了解一个概念，OSI(open system interconnection),叫开放式系统互联模型，这个是由国际标准化组织ISO指定的一个不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构。该模型将网络通信的工作分为七层。

![1584693830966][]

应用层：为应用程序提供网络服务。

表示层：对数据进行格式化、编码、加密、压缩等操作。

会话层：建立、维护、管理会话连接。

传输层：建立、维护、管理端到端的连接，常见的有TCP/UDP。

网络层：IP寻址和路由选择

数据链路层：控制网络层与物理层之间的通信。

物理层：比特流传输。

所谓四层负载均衡指的是OSI七层模型中的传输层，主要是基于IP+PORT的负载均衡

实现四层负载均衡的方式：
    硬件：F5 BIG-IP、Radware等
    软件：LVS、Nginx、Hayproxy等

所谓的七层负载均衡指的是在应用层，主要是基于虚拟的URL或主机IP的负载均衡

实现七层负载均衡的方式：
    软件：Nginx、Hayproxy等

四层和七层负载均衡的区别

四层负载均衡数据包是在底层就进行了分发，而七层负载均衡数据包则在最顶端进行分发，所以四层负载均衡的效率比七层负载均衡的要高。
    四层负载均衡不识别域名，而七层负载均衡识别域名。

处理四层和七层负载以为其实还有二层、三层负载均衡，二层是在数据链路层基于mac地址来实现负载均衡，三层是在网络层一般采用虚拟IP地址的方式实现负载均衡。

实际环境采用的模式

四层负载(LVS)+七层负载(Nginx)

#### Nginx七层负载均衡 ####

Nginx要实现七层负载均衡需要用到proxy\_pass代理模块配置。Nginx默认安装支持这个模块，我们不需要再做任何处理。Nginx的负载均衡是在Nginx的反向代理基础上把用户的请求根据指定的算法分发到一组【upstream虚拟服务池】。

##### Nginx七层负载均衡的指令 #####

###### upstream指令 ######

该指令是用来定义一组服务器，它们可以是监听不同端口的服务器，并且也可以是同时监听TCP和Unix socket的服务器。服务器可以指定不同的权重，默认为1。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>upstream name {…}</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

###### server指令 ######

该指令用来指定后端服务器的名称和一些参数，可以使用域名、IP、端口或者unix socket

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>server name [paramerters]</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>upstream</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

##### Nginx七层负载均衡的实现流程 #####

![在这里插入图片描述][42973f24f6834cdba86e3cdfe3477676.png]

服务端设置

server {
        listen   9001;
        server_name localhost;
        default_type text/html;
        location /{
        	return 200 '<h1>192.168.200.146:9001</h1>';
        }
    }
    server {
        listen   9002;
        server_name localhost;
        default_type text/html;
        location /{
        	return 200 '<h1>192.168.200.146:9002</h1>';
        }
    }
    server {
        listen   9003;
        server_name localhost;
        default_type text/html;
        location /{
        	return 200 '<h1>192.168.200.146:9003</h1>';
        }
    }

负载均衡器设置

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9091;
    	server 192.168.200.146:9092;
    	server 192.168.200.146:9093;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

##### 负载均衡状态 #####

代理服务器在负责均衡调度中的状态有以下几个：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>状态</th> 
   <th>概述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>down</td> 
   <td>当前的server暂时不参与负载均衡</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>backup</td> 
   <td>预留的备份服务器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>max_fails</td> 
   <td>允许请求失败的次数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>fail_timeout</td> 
   <td>经过max_fails失败后, 服务暂停时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>max_conns</td> 
   <td>限制最大的接收连接数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

###### down ######

down:将该服务器标记为永久不可用，那么该代理服务器将不参与负载均衡。

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9001 down;
    	server 192.168.200.146:9002
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

该状态一般会对需要停机维护的服务器进行设置。

###### backup ######

backup:将该服务器标记为备份服务器，当主服务器不可用时，将用来传递请求。

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9001 down;
    	server 192.168.200.146:9002 backup;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

此时需要将9094端口的访问禁止掉来模拟下唯一能对外提供访问的服务宕机以后，backup的备份服务器就要开始对外提供服务，此时为了测试验证，我们需要使用防火墙来进行拦截。

介绍一个工具`firewall-cmd`,该工具是Linux提供的专门用来操作firewall的。

查询防火墙中指定的端口是否开放

firewall-cmd --query-port=9001/tcp

如何开放一个指定的端口

firewall-cmd --permanent --add-port=9002/tcp

批量添加开发端口

firewall-cmd --permanent --add-port=9001-9003/tcp

如何移除一个指定的端口

firewall-cmd --permanent --remove-port=9003/tcp

重新加载

firewall-cmd --reload

其中

\--permanent表示设置为持久

\--add-port表示添加指定端口

\--remove-port表示移除指定端口

###### max\_conns ######

max\_conns=number:用来设置代理服务器同时活动链接的最大数量，默认为0，表示不限制，使用该配置可以根据后端服务器处理请求的并发量来进行设置，防止后端服务器被压垮。

###### max\_fails和fail\_timeout ######

max\_fails=number:设置允许请求代理服务器失败的次数，默认为1。

fail\_timeout=time:设置经过max\_fails失败后，服务暂停的时间，默认是10秒。

upstream backend{
    	server 192.168.200.133:9001 down;
    	server 192.168.200.133:9002 backup;
    	server 192.168.200.133:9003 max_fails=3 fail_timeout=15;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

##### 负载均衡策略 #####

介绍完Nginx负载均衡的相关指令后，我们已经能实现将用户的请求分发到不同的服务器上，那么除了采用默认的分配方式以外，我们还能采用什么样的负载算法?

Nginx的upstream支持如下六种方式的分配算法，分别是:

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>算法名称</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>轮询</td> 
   <td>默认方式</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>weight</td> 
   <td>权重方式</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ip_hash</td> 
   <td>依据ip分配方式</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>least_conn</td> 
   <td>依据最少连接方式</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>url_hash</td> 
   <td>依据URL分配方式</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>fair</td> 
   <td>依据响应时间方式</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

###### 轮询 ######

是upstream模块负载均衡默认的策略。每个请求会按时间顺序逐个分配到不同的后端服务器。轮询不需要额外的配置。

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9001 weight=1;
    	server 192.168.200.146:9002;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

###### weight加权\[加权轮询\] ######

weight=number:用来设置服务器的权重，默认为1，权重数据越大，被分配到请求的几率越大；该权重值，主要是针对实际工作环境中不同的后端服务器硬件配置进行调整的，所有此策略比较适合服务器的硬件配置差别比较大的情况。

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9001 weight=10;
    	server 192.168.200.146:9002 weight=5;
    	server 192.168.200.146:9003 weight=3;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

###### ip\_hash ######

当对后端的多台动态应用服务器做负载均衡时，ip\_hash指令能够将某个客户端IP的请求通过哈希算法定位到同一台后端服务器上。这样，当来自某一个IP的用户在后端Web服务器A上登录后，在访问该站点的其他URL，能保证其访问的还是后端web服务器A。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>ip_hash;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>upstream</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

upstream backend{
    	ip_hash;
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

需要额外多说一点的是使用ip\_hash指令无法保证后端服务器的负载均衡，可能导致有些后端服务器接收到的请求多，有些后端服务器接收的请求少，而且设置后端服务器权重等方法将不起作用。

![在这里插入图片描述][36539222d17d4577bd4f92a12813a867.png]

###### least\_conn ######

最少连接，把请求转发给连接数较少的后端服务器。轮询算法是把请求平均的转发给各个后端，使它们的负载大致相同；但是，有些请求占用的时间很长，会导致其所在的后端负载较高。这种情况下，least\_conn这种方式就可以达到更好的负载均衡效果。

upstream backend{
    	least_conn;
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

此负载均衡策略适合请求处理时间长短不一造成服务器过载的情况。

![在这里插入图片描述][0626fc310d884679b09fb3a07774b2b4.png]

###### url\_hash ######

按访问url的hash结果来分配请求，使每个url定向到同一个后端服务器，要配合缓存命中来使用。同一个资源多次请求，可能会到达不同的服务器上，导致不必要的多次下载，缓存命中率不高，以及一些资源时间的浪费。而使用url\_hash，可以使得同一个url（也就是同一个资源请求）会到达同一台服务器，一旦缓存住了资源，再此收到请求，就可以从缓存中读取。

upstream backend{
    	hash &request_uri;
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

访问如下地址：

http://192.168.200.133:8083/a
    http://192.168.200.133:8083/b
    http://192.168.200.133:8083/c

![在这里插入图片描述][8eafe0e2d80543e48bd23c2f9afb6bb1.png]

###### fair ######

fair采用的不是内建负载均衡使用的轮换的均衡算法，而是可以根据页面大小、加载时间长短智能的进行负载均衡。那么如何使用第三方模块的fair负载均衡策略。

upstream backend{
    	fair;
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

但是如何直接使用会报错，因为fair属于第三方模块实现的负载均衡。需要添加`nginx-upstream-fair`,如何添加对应的模块:

1.  下载nginx-upstream-fair模块

下载地址为:
    	https://github.com/gnosek/nginx-upstream-fair

1.  将下载的文件上传到服务器并进行解压缩

unzip nginx-upstream-fair-master.zip

1.  重命名资源

mv nginx-upstream-fair-master fair

1.  使用./configure命令将资源添加到Nginx模块中

./configure --add-module=/root/fair

1.  编译

make

编译可能会出现如下错误，ngx\_http\_upstream\_srv\_conf\_t结构中缺少default\_port

![1584941470457][]

解决方案:

在Nginx的源码中 src/http/ngx\_http\_upstream.h,找到`ngx_http_upstream_srv_conf_s`，在模块中添加添加default\_port属性

in_port_t	   default_port

![1584943399597][]

然后再进行make.

1.  更新Nginx

6.1 将sbin目录下的nginx进行备份

mv /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/nginx/sbin/nginxold

6.2 将安装目录下的objs中的nginx拷贝到sbin目录

cd objs
    cp nginx /usr/local/nginx/sbin

6.3 更新Nginx

cd ../
    make upgrade

1.  编译测试使用Nginx

上面介绍了Nginx常用的负载均衡的策略，有人说是5种，是把轮询和加权轮询归为一种，也有人说是6种。那么在咱们以后的开发中到底使用哪种，这个需要根据实际项目的应用场景来决定的。

##### 负载均衡案例 #####

###### 案例一：对所有请求实现一般轮询规则的负载均衡 ######

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

###### 案例二：对所有请求实现加权轮询规则的负载均衡 ######

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9001 weight=7;
    	server 192.168.200.146:9002 weight=5;
    	server 192.168.200.146:9003 weight=3;
    }
    server {
    	listen 8083;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

###### 案例三：对特定资源实现负载均衡 ######

upstream videobackend{
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    }
    upstream filebackend{
    	server 192.168.200.146:9003;
    	server 192.168.200.146:9004;
    }
    server {
    	listen 8084;
    	server_name localhost;
    	location /video/ {
    		proxy_pass http://videobackend;
    	}
    	location /file/ {
    		proxy_pass http://filebackend;
    	}
    }

###### 案例四：对不同域名实现负载均衡 ######

upstream itcastbackend{
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    }
    upstream itheimabackend{
    	server 192.168.200.146:9003;
    	server 192.168.200.146:9004;
    }
    server {
    	listen	8085;
    	server_name www.itcast.cn;
    	location / {
    		proxy_pass http://itcastbackend;
    	}
    }
    server {
    	listen	8086;
    	server_name www.itheima.cn;
    	location / {
    		proxy_pass http://itheimabackend;
    	}
    }

###### 案例五：实现带有URL重写的负载均衡 ######

upstream backend{
    	server 192.168.200.146:9001;
    	server 192.168.200.146:9002;
    	server 192.168.200.146:9003;
    }
    server {
    	listen	80;
    	server_name localhost;
    	location /file/ {
    		rewrite ^(/file/.*) /server/$1 last;
    	}
    	location / {
    		proxy_pass http://backend;
    	}
    }

#### Nginx四层负载均衡 ####

Nginx在1.9之后，增加了一个stream模块，用来实现四层协议的转发、代理、负载均衡等。stream模块的用法跟http的用法类似，允许我们配置一组TCP或者UDP等协议的监听，然后通过proxy\_pass来转发我们的请求，通过upstream添加多个后端服务，实现负载均衡。

四层协议负载均衡的实现，一般都会用到LVS、HAProxy、F5等，要么很贵要么配置很麻烦，而Nginx的配置相对来说更简单，更能快速完成工作。

##### 添加stream模块的支持 #####

Nginx默认是没有编译这个模块的，需要使用到stream模块，那么需要在编译的时候加上`--with-stream`。

完成添加`--with-stream`的实现步骤:

》将原有/usr/local/nginx/sbin/nginx进行备份
    》拷贝nginx之前的配置信息
    》在nginx的安装源码进行配置指定对应模块  ./configure --with-stream
    》通过make模板进行编译
    》将objs下面的nginx移动到/usr/local/nginx/sbin下
    》在源码目录下执行  make upgrade进行升级，这个可以实现不停机添加新模块的功能

##### Nginx四层负载均衡的指令 #####

###### stream指令 ######

该指令提供在其中指定流服务器指令的配置文件上下文。和http指令同级。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>stream { … }</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>main</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

###### upstream指令 ######

该指令和http的upstream指令是类似的。

##### 四层负载均衡的案例 #####

###### 需求分析 ######

![在这里插入图片描述][767dc92a4b3f4d56b7e54c1e79e13862.png]

实现步骤

(1)准备Redis服务器,在一条服务器上准备三个Redis，端口分别是6379,6378

1.上传redis的安装包，`redis-4.0.14.tar.gz`

2.将安装包进行解压缩

tar -zxf redis-4.0.14.tar.gz

3.进入redis的安装包

cd redis-4.0.14

4.使用make和install进行编译和安装

make PREFIX=/usr/local/redis/redis01 install

5.拷贝redis配置文件`redis.conf`到/usr/local/redis/redis01/bin目录中

cp redis.conf	/usr/local/redis/redis01/bin

6.修改redis.conf配置文件

port  6379      #redis的端口
    daemonize yes   #后台启动redis

7.将redis01复制一份为redis02

cd /usr/local/redis
    cp -r redis01 redis02

8.将redis02文件文件夹中的redis.conf进行修改

port  6378      #redis的端口
    daemonize yes   #后台启动redis

9.分别启动，即可获取两个Redis.并查看

ps -ef | grep redis

使用Nginx将请求分发到不同的Redis服务器上。

(2)准备Tomcat服务器.

1.上传tomcat的安装包，`apache-tomcat-8.5.56.tar.gz`

2.将安装包进行解压缩

tar -zxf apache-tomcat-8.5.56.tar.gz

3.进入tomcat的bin目录

cd apache-tomcat-8.5.56/bin
    ./startup

nginx.conf配置

stream {
            upstream redisbackend {
                    server 192.168.200.146:6379;
                    server 192.168.200.146:6378;
            }
            upstream tomcatbackend {
            		server 192.168.200.146:8080;
            }
            server {
                    listen  81;
                    proxy_pass redisbackend;
            }
            server {
            		listen	82;
            		proxy_pass tomcatbackend;
            }
    }

访问测试。

## Nginx缓存集成 ##

### 缓存的概念 ###

缓存就是数据交换的缓冲区(称作:Cache),当用户要获取数据的时候，会先从缓存中去查询获取数据，如果缓存中有就会直接返回给用户，如果缓存中没有，则会发请求从服务器重新查询数据，将数据返回给用户的同时将数据放入缓存，下次用户就会直接从缓存中获取数据。

![在这里插入图片描述][9620a8f490624ebeb4cb7a4a99af510b.png]

缓存其实在很多场景中都有用到，比如：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>场景</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>操作系统磁盘缓存</td> 
   <td>减少磁盘机械操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据库缓存</td> 
   <td>减少文件系统的IO操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>应用程序缓存</td> 
   <td>减少对数据库的查询</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Web服务器缓存</td> 
   <td>减少对应用服务器请求次数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>浏览器缓存</td> 
   <td>减少与后台的交互次数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

缓存的优点

1.减少数据传输，节省网络流量，加快响应速度，提升用户体验；

2.减轻服务器压力；

3.提供服务端的高可用性；

缓存的缺点

1.数据的不一致

2.增加成本

![1582295367198][]

本次课程注解讲解的是Nginx,Nginx作为web服务器，Nginx作为Web缓存服务器，它介于客户端和应用服务器之间，当用户通过浏览器访问一个URL时，web缓存服务器会去应用服务器获取要展示给用户的内容，将内容缓存到自己的服务器上，当下一次请求到来时，如果访问的是同一个URL，web缓存服务器就会直接将之前缓存的内容返回给客户端，而不是向应用服务器再次发送请求。web缓存降低了应用服务器、数据库的负载，减少了网络延迟，提高了用户访问的响应速度，增强了用户的体验。

### Nginx的web缓存服务 ###

Nginx是从0.7.48版开始提供缓存功能。Nginx是基于Proxy Store来实现的，其原理是把URL及相关组合当做Key,在使用MD5算法对Key进行哈希，得到硬盘上对应的哈希目录路径，从而将缓存内容保存在该目录中。它可以支持任意URL连接，同时也支持404/301/302这样的非200状态码。Nginx即可以支持对指定URL或者状态码设置过期时间，也可以使用purge命令来手动清除指定URL的缓存。

![在这里插入图片描述][7eff6b398585483fa1b40a3252075757.png]

### Nginx缓存设置的相关指令 ###

Nginx的web缓存服务主要是使用`ngx_http_proxy_module`模块相关指令集来完成，接下来我们把常用的指令来进行介绍下。

#### proxy\_cache\_path ####

该指定用于设置缓存文件的存放路径

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_cache_path path [levels=number] <br>keys_zone=zone_name:zone_size [inactive=time][max_size=size];</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

path:缓存路径地址,如：

/usr/local/proxy_cache

levels: 指定该缓存空间对应的目录，最多可以设置3层，每层取值为1|2如 :

levels=1:2   缓存空间有两层目录，第一次是1个字母，第二次是2个字母
    举例说明:
    itheima[key]通过MD5加密以后的值为 43c8233266edce38c2c9af0694e2107d
    levels=1:2   最终的存储路径为/usr/local/proxy_cache/d/07
    levels=2:1:2 最终的存储路径为/usr/local/proxy_cache/7d/0/21
    levels=2:2:2 最终的存储路径为??/usr/local/proxy_cache/7d/10/e2

keys\_zone:用来为这个缓存区设置名称和指定大小，如：

keys_zone=itcast:200m  缓存区的名称是itcast,大小为200M,1M大概能存储8000个keys

inactive:指定缓存的数据多次时间未被访问就将被删除，如：

inactive=1d   缓存数据在1天内没有被访问就会被删除

max\_size:设置最大缓存空间，如果缓存空间存满，默认会覆盖缓存时间最长的资源，如:

max_size=20g

配置实例:

http{
    	proxy_cache_path /usr/local/proxy_cache keys_zone=itcast:200m  levels=1:2:1 inactive=1d max_size=20g;
    }

#### proxy\_cache ####

该指令用来开启或关闭代理缓存，如果是开启则自定使用哪个缓存区来进行缓存。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_cache zone_name|off;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>proxy_cache off;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http、server、location</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

zone\_name：指定使用缓存区的名称

#### proxy\_cache\_key ####

该指令用来设置web缓存的key值，Nginx会根据key值MD5哈希存缓存。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_cache_key key;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http、server、location</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 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

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_cache_valid [code …] time;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http、server、location</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如：

proxy_cache_valid 200 302 10m;
    proxy_cache_valid 404 1m;
    为200和302的响应URL设置10分钟缓存，为404的响应URL设置1分钟缓存
    proxy_cache_valid any 1m;
    对所有响应状态码的URL都设置1分钟缓存

#### proxy\_cache\_min\_uses ####

该指令用来设置资源被访问多少次后被缓存

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_cache_min_uses number;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>proxy_cache_min_uses 1;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http、server、location</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### proxy\_cache\_methods ####

该指令用户设置缓存哪些HTTP方法

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_cache_methods GET|HEAD|POST;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>proxy_cache_methods GET HEAD;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http、server、location</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

默认缓存HTTP的GET和HEAD方法，不缓存POST方法。

### Nginx缓存设置案例 ###

##### 需求分析 #####

![在这里插入图片描述][e320bbbfd070499e8f5acecaa8ea9a4d.png]

##### 步骤实现 #####

1.环境准备

应用服务器的环境准备

（1）在192.168.200.146服务器上的tomcat的webapps下面添加一个js目录，并在js目录中添加一个jquery.js文件

（2）启动tomcat

（3）访问测试

http://192.168.200.146:8080/js/jquery.js

Nginx的环境准备

（1）完成Nginx反向代理配置

http{
    	upstream backend{
    		server 192.168.200.146:8080;
    	}
    	server {
    		listen       8080;
            server_name  localhost;
            location / {
            	proxy_pass http://backend/js/;
            }
    	}
    }

（2）完成Nginx缓存配置

4.添加缓存配置

http{
    	proxy_cache_path /usr/local/proxy_cache levels=2:1 keys_zone=itcast:200m inactive=1d max_size=20g;
    	upstream backend{
    		server 192.168.200.146:8080;
    	}
    	server {
    		listen       8080;
            server_name  localhost;
            location / {
            	proxy_cache itcast;
                proxy_cache_key itheima;
                proxy_cache_min_uses 5;
                proxy_cache_valid 200 5d;
                proxy_cache_valid 404 30s;
                proxy_cache_valid any 1m;
                add_header nginx-cache "$upstream_cache_status";
            	proxy_pass http://backend/js/;
            }
    	}
    }

### Nginx缓存的清除 ###

#### 方式一:删除对应的缓存目录 ####

rm -rf /usr/local/proxy_cache/......

#### 方式二:使用第三方扩展模块 ####

##### ngx\_cache\_purge #####

（1）下载ngx\_cache\_purge模块对应的资源包，并上传到服务器上。

ngx_cache_purge-2.3.tar.gz

（2）对资源文件进行解压缩

tar -zxf ngx_cache_purge-2.3.tar.gz

（3）修改文件夹名称，方便后期配置

mv ngx_cache_purge-2.3 purge

（4）查询Nginx的配置参数

nginx -V

（5）进入Nginx的安装目录，使用./configure进行参数配置

./configure --add-module=/root/nginx/module/purge

（6）使用make进行编译

make

（7）将nginx安装目录的nginx二级制可执行文件备份

mv /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/nginx/sbin/nginxold

（8）将编译后的objs中的nginx拷贝到nginx的sbin目录下

cp objs/nginx /usr/local/nginx/sbin

（9）使用make进行升级

make upgrade

（10）在nginx配置文件中进行如下配置

server{
    	location ~/purge(/.*) {
    		proxy_cache_purge itcast itheima;
    	}
    }

### Nginx设置资源不缓存 ###

前面咱们已经完成了Nginx作为web缓存服务器的使用。但是我们得思考一个问题就是不是所有的数据都适合进行缓存。比如说对于一些经常发生变化的数据。如果进行缓存的话，就很容易出现用户访问到的数据不是服务器真实的数据。所以对于这些资源我们在缓存的过程中就需要进行过滤，不进行缓存。

Nginx也提供了这块的功能设置，需要使用到如下两个指令

proxy\_no\_cache

该指令是用来定义不将数据进行缓存的条件。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_no_cache string …;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http、server、location</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

配置实例

proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;

proxy\_cache\_bypass

该指令是用来设置不从缓存中获取数据的条件。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>语法</th> 
   <th>proxy_cache_bypass string …;</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>默认值</td> 
   <td>—</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置</td> 
   <td>http、server、location</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

配置实例

proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;

上述两个指令都有一个指定的条件，这个条件可以是多个，并且多个条件中至少有一个不为空且不等于"0",则条件满足成立。上面给的配置实例是从官方网站获取的，里面使用到了三个变量，分别是$cookie\_nocache、$arg\_nocache、$arg\_comment

#### $cookie\_nocache、$arg\_nocache、$arg\_comment ####

这三个参数分别代表的含义是:

$cookie_nocache
    指的是当前请求的cookie中键的名称为nocache对应的值
    $arg_nocache和$arg_comment
    指的是当前请求的参数中属性名为nocache和comment对应的属性值

案例演示下:

log_format params $cookie_nocache | $arg_nocache | $arg_comment；
    server{
    	listen	8081;
    	server_name localhost;
    	location /{
    		access_log logs/access_params.log params;
    		add_header Set-Cookie 'nocache=999';
    		root html;
    		index index.html;
    	}
    }

#### 案例实现 ####

设置不缓存资源的配置方案

server{
    	listen	8080;
    	server_name localhost;
    	location / {
    		if ($request_uri ~ /.*\.js$){
               set $nocache 1;
            }
    		proxy_no_cache $nocache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
            proxy_cache_bypass $nocache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
    	}
    }

[9887726954e240828878ab466faddfe9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/3ef813c641744aa7bb6aa8322d08d481.png
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[1584602887881]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/edb5a22d44bb4a3ca4c593debd1bec03.png
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[1584943399597]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/6c92990a8e55491984182a4a922d7f79.png
[767dc92a4b3f4d56b7e54c1e79e13862.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/66a23faca9574f7eb288917f5eee4926.png
[9620a8f490624ebeb4cb7a4a99af510b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/6d91de071ce04f30a9a730fe468e6baf.png
[1582295367198]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/5967758bbd674e3097ea87badcc856b9.png
[7eff6b398585483fa1b40a3252075757.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/47db58deabea4397a78e35311209c25a.png
[e320bbbfd070499e8f5acecaa8ea9a4d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/45134e280f614306ba7c5c7f91453953.png