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上篇文章介紹了Nginx一個較為重要的知識點：Nginx實現接口限流。本篇文章將介紹Nginx另一個重要知識點：Nginx緩存原理。其實說到緩存技術大家應該都不會很陌生，緩存技術的基本思想其實是對用戶已經訪問過的內容在Nginx建立副本，如果在一段時間內(緩存尚未過期)再次訪問該數據，則不需要重新發起請求獲取數據，可以直接從緩存中讀取到該數據，好處在於減少了Nginx與后端服務之間的網絡交互，減輕了網絡的壓力，而且在減少數據傳輸的延遲時同時可以提升用戶訪問速度。而且如果碰上后端服務出現異常時，還可以通過緩存進行相應用戶請求，提高了后端服務的穩定性。
什么是Nginx緩存？
Nginx基於Proxy Store實現，使用Nginx的http_proxy模塊可以實現類似於squid的緩存功能。當啟用緩存時，Nginx會將相應數據保存在磁盤緩存中，只要緩存數據尚未過期，就會使用緩存數據來響應客戶端的請求。
如何啟用緩存？
Nginx啟用緩存需要在最頂層的http節點下配置proxy_cache_path命令。我們先看看proxy_cache_path命令的語法結構：
- proxy_cache_path /data/cache keys_zone=niyueling:10m;
可以看到proxy_cache_path命令一共包含兩個參數，第一個參數指定緩存保存的本地路徑，第二個參數定義緩存數據的共享內存區域的名稱和內存區大小。Nginx啟動后，緩存加載程序只進行加載一次，加載時會將緩存的元數據加載到共享內存區域，但是如果一次加載整個緩存全部內容可能會使Nginx剛啟動的前幾分鍾性能消耗嚴重，大幅度降低Nginx的性能。所以可以在proxy_cache_path命令中配置緩存迭代加載。緩存迭代加載一共可以設置三個參數：
- loader_threshold - 迭代的持續時間，以毫秒為單位(默認為200)
- loader_files - 在一次迭代期間加載的最大項目數(默認為100)
- loader_sleeps - 迭代之間的延遲(以毫秒為單位)(默認為50)
我們可以看下一個小例子：
- proxy_cache_path /data/cache keys_zone=niyueling:10m loader_threshold=300 loader_files=200;
在這個例子中緩存迭代加載可以持續300毫秒或者直到加載滿200個項目。在http節點下設置完proxy_cache_path命令，下一步在虛擬服務器配置中配置proxy_cache命令，我們可以看看proxy_cache命令的語法結構：
- proxy_cache niyueling;
可以看到proxy_cache命令很簡單，就是指定了我們剛才配置的內存區。但是這里有一點需要額外注意的是：我們剛才通過配置proxy_cache_path命令的keys_zone參數配置內存區大小為10m，這並不會限制緩存數據的大小，實際上緩存數據是存儲在文件系統中的特定文件的元數據副本。如果想要限制緩存數據的上限，則需要在proxy_cache_path命令中添加max_size參數設置緩存數據上限。說完了proxy_cache命令。我們接着看看下一個命令：proxy_cache_methods，我們看下該命令語法結構：
- proxy_cache_methods[GET HEAD POST];
在虛擬服務器下配置proxy_cache_methods命令可以指定該虛擬服務器下什么類型的HTTP方法可以被緩存。默認情況下GET請求及HEAD請求會被緩存，而POST請求不會被緩存。接下來看看另外一個常見的命令：proxy_cache_valid，先貼下該命令語法結構：
- proxy_cache_valid reply_code [reply_code...] time;
這個命令很有意思，在虛擬服務器下設置該命令，它可以針對不同狀態碼的響應數據設置不同的緩存時間，我們可以看個簡單的小例子：
- proxy_cache_valid 200 10m ;
- proxy_cache_valid 404 1m ;
- proxy_cache_valid 302 5m ;
我們通過上面的命令就可以設置200狀態碼的緩存時間為10分鍾，302重定向的緩存時間為5分鍾，404的緩存時間為1分鍾。如果想為所有狀態碼定義相同緩存時間，就可以使用any作為第一個參數：
- proxy_cache_valid any 5m;
接下來看看下一個命令：proxy_cache_bypass。一樣先看下語法結構：
- proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache$arg_comment;
這個命令可以配置不會向客戶端響應緩存，而是直接將請求轉發給后端服務進行請求數據。可以通過上述命令配置需要繞過緩存的請求URL，也就是說URL中包含該配置的值，則這次請求會直接跳過緩存直接請求后端服務去獲取數據。接下來還有最后一個比較常用的命令：proxy_cache_min_uses。先貼下語法結構：
- proxy_cache_min_uses 2;
這個命令可以設置當某請求最少響應幾次后會被緩存。若我設置為2則表示每個請求最少被請求2次后會加入到緩存中。
Nginx清除緩存
如果緩存過期則需要從緩存中刪除過期的緩存文件，防止新舊緩存出現交錯出錯，當Nginx接收到自定義HTTP頭或者PURGE請求時，緩存將會被清除。
配置緩存清除
我們在HTTP節點下創建一個新變量$purge_method來標識使用PURGE方法的請求並刪除匹配的URL。
http {
map $request_method $purge_method {
PURGE 1;
default 0;
}
}
進入虛擬服務器配置，在location中配置高速緩存，並且指定緩存清除請求命令proxy_cache_purge。
server {
listen 80;
server_name www.niyueling.cn;
location / {
proxy_cache niyueling;
proxy_cache_purge $purge_method;
}
}
發送清除命令
配置proxy_cache_purge指令后需要發送PURGE請求來清除緩存。例如我們使用PURGE方式請求url:
- PURGE www.niyueling.cn/getArticle
則getArticle對應的緩存中的數據將被刪除。但是，這些高速緩存數據不會從緩存中完全刪除，它們將保留在磁盤上，直到它們被刪除為非活動狀態，或由緩存清除進程處理。
限制IP訪問清除命令
清除緩存這種命令一般需要權限才可進行操作，所以我們一般需要配置允許發送緩存清除請求的IP地址：
geo $purge_allowed {
default 0;
49.235.28.88 1;
192.168.1.100/24 1;
}
map $request_method $purge_method {
PURGE $purge_allowed;
default 0;
}
當Nginx接收到清除緩存請求時，Nginx檢查客戶端IP地址，若IP地址已經獲得清除緩存權限，則$purge_method設置為$purge_allowed，值為1表示允許清除緩存，值為0表示表示IP地址未獲得權限。
從緩存中完全刪除文件
剛才說過了高速緩存數據不會從緩存中完全刪除，它們將保留在磁盤上，直到它們被刪除為非活動狀態，或由緩存清除進程處理。要完全刪除與getArticle相匹配的緩存數據，需要在proxy_cache_path添加參數purger，該參數表示永久的遍歷所有緩存條目，並刪除與通配符相匹配的條目。
- proxy_cache_path /data/cache keys_zone=niyueling:10m purger=on;
字節緩存
當我們請求一個大文件時，因為請求比較耗時，當有下一個請求來臨時將不得不等待整個大文件被下載並放入高速緩存。Nginx用緩存片模塊填充高速緩存。可以將大文件分為較小的切片，每個范圍請求選擇將覆蓋所請求范圍的特定切片，並且如果此范圍切片仍未緩存，就將其放入緩存中。啟用字節范圍緩存需要注意兩個條件是否滿足：
- 確保Nginx是使用模塊編譯的。
- 使用slice指令指定切片的大小。
可以使用slice命令指定切片大小：
location / {
slice 1m;
}
使用slice指令指定切片大小時應注意切片大小應適當調整，使切片快速下載。因為切片大小指定太小可能會導致內存使用量過多和大量打開的文件描述符，切片大小指定太大的值可能會導致請求延遲。
接着將$slice_range變量加入到緩存鍵中：
- proxy_cache_key $uri$is_args$args$slice_range;
使用206狀態代碼緩存響應，緩存有效期30m：
- proxy_cache_valid 206 30m;
然后設置Range頭傳遞$slice_range變量來將傳遞范圍請求：
- proxy_set_header Range $slice_range;
字節緩存小案例：
location / {
slice 1m;
proxy_cache niyueling;
proxy_cache_key $uri$is_args$args$slice_range;
proxy_set_header Range $slice_range;
proxy_cache_valid 206 30m;
}
緩存清除小案例
http {
proxy_cache_path /data/cache keys_zone=niyueling:10m purger=on;
map $request_method $purge_method {
PURGE 1;
default 0;
}server {
listen 80;
server_name www.niyueling.cn;
location / {
proxy_cache niyueling;
proxy_cache_purge $purge_method;
}
}geo $purge_allowed {
default 0;
49.235.28.88 1;
192.168.1.100/24 1;
}map $request_method $purge_method {
PURGE $purge_allowed;
default 0;
}
}
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