NGINX 緩存使用指南 [proxy_cache]
Nginx
一個web緩存坐落於客戶端和“原始服務器（origin server）”中間，它保留了所有可見內容的拷貝。如果一個客戶端請求的內容在緩存中存儲，則可以直接在緩存中獲得該內容而不需要與服務器通信。這樣一來，由於web緩存距離客戶端“更近”，就可以提高響應性能，並更有效率的使用應用服務器，因為服務器不用每次請求都進行頁面生成工作。
在瀏覽器和應用服務器之間，存在多種“潛在”緩存，如：客戶端瀏覽器緩存、中間緩存、內容分發網絡（CDN）和服務器上的負載平衡和反向代理。緩存，僅在反向代理和負載均衡的層面，就對性能提高有很大的幫助。
Nginx從0.7.48版本開始，支持了類似Squid的緩存功能。這個緩存是把URL及相關組合當作Key，用md5編碼哈希后保存在硬盤上，所以它可以支持任意URL鏈接，同時也支持404/301/302這樣的非200狀態碼。雖然目前官方的Nginx Web緩存服務只能為指定URL或狀態碼設置過期時間，不支持類似Squid的PURGE指令，手動清除指定緩存頁面，但是，通過一個第三方的Nginx模塊，可以清除指定URL的緩存。
Nginx的Web緩存服務主要由proxy_cache相關指令集和fastcgi_cache相關指令集構成，前者用於反向代理時，對后端內容源服務器進行緩存，后者主要用於對FastCGI的動態程序進行緩存。兩者的功能基本上一樣。
最新的Nginx 0.8.32版本，proxy_cache和fastcgi_cache已經比較完善，加上第三方的ngx_cache_purge模塊（用於清除指定URL的緩存），已經可以完全取代Squid。我們已經在生產環境使用了 Nginx 的 proxy_cache 緩存功能超過兩個月，十分穩定，速度不遜於 Squid。
在功能上，Nginx已經具備Squid所擁有的Web緩存加速功能、清除指定URL緩存的功能。而在性能上，Nginx對多核CPU的利用，勝過Squid不少。另外，在反向代理、負載均衡、健康檢查、后端服務器故障轉移、Rewrite重寫、易用性上，Nginx也比Squid強大得多。這使得一台Nginx可以同時作為“負載均衡服務器”與“Web緩存服務器”來使用。
一、如何安裝和配置基礎緩存
我們只需要兩個命令就可以啟用基礎緩存： proxy_cache_path和proxy_cache
proxy_cache_path用來設置緩存的路徑和配置，proxy_cache用來啟用緩存。
proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60muse_temp_path=off;server {...location / {proxy_cache my_cache;proxy_pass http://my_upstream;}}
proxy_cache_path命令中的參數及對應配置說明如下：
1.用於緩存的本地磁盤目錄是/path/to/cache/
2.levels在/path/to/cache/設置了一個兩級層次結構的目錄。將大量的文件放置在單個目錄中會導致文件訪問緩慢，所以針對大多數部署，我們推薦使用兩級目錄層次結構。如果levels參數沒有配置，則NGINX會將所有的文件放到同一個目錄中。
3.keys_zone設置一個共享內存區，該內存區用於存儲緩存鍵和元數據，有些類似計時器的用途。將鍵的拷貝放入內存可以使NGINX在不檢索磁盤的情況下快速決定一個請求是
HIT還是MISS，這樣大大提高了檢索速度。一個1MB的內存空間可以存儲大約8000個key，那么上面配置的10MB內存空間可以存儲差不多80000個key。4.max_size設置了緩存的上限（在上面的例子中是10G）。這是一個可選項；如果不指定具體值，那就是允許緩存不斷增長，占用所有可用的磁盤空間。當緩存達到這個上線，處理器便調用cache
manager來移除最近最少被使用的文件，這樣把緩存的空間降低至這個限制之下。5.inactive指定了項目在不被訪問的情況下能夠在內存中保持的時間。在上面的例子中，如果一個文件在60分鍾之內沒有被請求，則緩存管理將會自動將其在內存中刪除，不管該文件是否過期。該參數默認值為10分鍾（10m）。注意，非活動內容有別於過期內容。NGINX不會自動刪除由緩存控制頭部指定的過期內容（本例中Cache-Control:max-age=120）。過期內容只有在inactive指定時間內沒有被訪問的情況下才會被刪除。如果過期內容被訪問了，那么NGINX就會將其從原服務器上刷新，並更新對應的inactive計時器。
6.NGINX最初會將注定寫入緩存的文件先放入一個臨時存儲區域， use_temp_path=off命令指示NGINX將在緩存這些文件時將它們寫入同一個目錄下。我們強烈建議你將參數設置為off來避免在文件系統中不必要的數據拷貝。use_temp_path在NGINX1.7版本和NGINX Plus R6中有所介紹。
最終， proxy_cache命令啟動緩存那些URL與location部分匹配的內容（本例中，為/）。你同樣可以將proxy_cache命令添加到server部分，這將會將緩存應用到所有的那些location中未指定自己的proxy_cache命令的服務中。
二、陳舊總比沒有強
NGINX內容緩存的一個非常強大的特性是：當無法從原始服務器獲取最新的內容時，NGINX可以分發緩存中的陳舊（stale，編者注：即過期內容）內容。這種情況一般發生在關聯緩存內容的原始服務器宕機或者繁忙時。比起對客戶端傳達錯誤信息，NGINX可發送在其內存中的陳舊的文件。NGINX的這種代理方式，為服務器提供額外級別的容錯能力，並確保了在服務器故障或流量峰值的情況下的正常運行。為了開啟該功能，只需要添加proxy_cache_use_stale命令即可：
location / {...proxy_cache_use_stale error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;}
按照上面例子中的配置，當NGINX收到服務器返回的error，timeout或者其他指定的5xx錯誤，並且在其緩存中有請求文件的陳舊版本，則會將這些陳舊版本的文件而不是錯誤信息發送給客戶端。
三、緩存微調
NGINX提供了豐富的可選項配置用於緩存性能的微調。下面是使用了幾個配置的例子：
proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60muse_temp_path=off;server {...location / {proxy_cache my_cache;proxy_cache_revalidate on;proxy_cache_min_uses 3;proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;proxy_cache_lock on;proxy_pass http://my_upstream;}}
配置解釋如下：
proxy_cache_revalidate指示NGINX在刷新來自服務器的內容時使用GET請求。如果客戶端的請求項已經被緩存過了，但是在緩存控制頭部中定義為過期，那么NGINX就會在GET請求中包含If-Modified-Since字段，發送至服務器端。這項配置可以節約帶寬，因為對於NGINX已經緩存過的文件，服務器只會在該文件請求頭中Last-Modified記錄的時間內被修改時才將全部文件一起發送。
proxy_cache_min_uses設置了在NGINX緩存前，客戶端請求一個條目的最短時間。當緩存不斷被填滿時，這項設置便十分有用，因為這確保了只有那些被經常訪問的內容才會被添加到緩存中。該項默認值為1。
proxy_cache_use_stale中的updating參數告知NGINX在客戶端請求的項目的更新正在原服務器中下載時發送舊內容，而不是向服務器轉發重復的請求。第一個請求陳舊文件的用戶不得不等待文件在原服務器中更新完畢。陳舊的文件會返回給隨后的請求直到更新后的文件被全部下載。
當proxy_cache_lock被啟用時，當多個客戶端請求一個緩存中不存在的文件（或稱之為一個MISS），只有這些請求中的第一個被允許發送至服務器。其他請求在第一個請求得到滿意結果之后在緩存中得到文件。如果不啟用proxy_cache_lock，則所有在緩存中找不到文件的請求都會直接與服務器通信。
四、NGINX 如何決定是否緩存？
默認情況下，NGINX需要考慮從原始服務器得到的Cache-Control標頭。當在響應頭部中Cache-Control被配置為Private，No-Cache，No-Store或者Set-Cookie，NGINX不進行緩存。NGINX僅僅緩存GET和HEAD客戶端請求。你也可以參照下面的解答覆蓋這些默認值。
1、Cache-Control頭部可否被忽略？
可以，使用proxy_ignore_headers命令。如下列配置：
ocation /images/ {proxy_cache my_cache;proxy_ignore_headers Cache-Control;proxy_cache_valid any 30m;...}
NGINX會忽略所有/images/下的Cache-Control頭。proxy_cache_valid命令強制規定緩存數據的過期時間，如果忽略Cache-Control頭，則該命令是十分必要的。NGINX不會緩存沒有過期時間的文件。
2、NGINX能否緩存POST 請求？
可以，使用proxy_cache_methods命令：
proxy_cache_methods GET HEAD POST;
3、NGINX 可以緩存動態內容嗎？
可以，提供的Cache-Control頭部可以做到。緩存動態內容，甚至短時間內的內容可以減少在原始數據庫和服務器中加載，可以提高第一個字節的到達時間，因為頁面不需要對每個請求都生成一次。
4、可以使用Cookie作為緩存鍵的一部分嗎？
可以，緩存鍵可以配置為任意值，如：
proxy_cache_key $proxy_host$request_uri$cookie_jessionid;
5、NGINX 如何處理字節范圍請求？
如果緩存中的文件是最新的，NGINX會對客戶端提出的字節范圍請求傳遞指定的字節。如果文件並沒有被提前緩存，或者是陳舊的，那么NGINX會從服務器上下載完整文件。如果請求了單字節范圍，NGINX會盡快的將該字節發送給客戶端，如果在下載的數據流中剛好有這個字節。如果請求指定了同一個文件中的多個字節范圍，NGINX則會在文件下載完畢時將整個文件發送給客戶端。 一旦文件下載完畢，NGINX將整個數據移動到緩存中，這樣一來，無論將來的字節范圍請求是單字節還是多字節范圍，NGINX都可以在緩存中找到指定的內容立即響應。
參考：
NGINX其他優化