大厂技术  坚持周更  精选好文

简介

Nginx 是一个高性能的 HTTP 服务器，也可以当作电子邮件代理服务器；其特点是占有内存少，并发能力强且非常稳定，并且有着丰富的模块库，配置灵活简单；因为上述特点，现在 Nginx 几乎已经是互联网系统中不可或缺的一部分；

性能天花板

Nginx 作为一个 web 服务器，差不多可以称为 “性能天花板” 了，在做一些优化之后，Nginx 甚至能做到 “单机百万 QPS” 的表现；因为这逆天的性能表现，国内的互联网大厂基本都会使用 Nginx 作为自己的网关，直接承载所有的线上流量；那 Nginx 为什么能拥有这么 🐂🍺 的性能呢？

架构设计

因为散热的原因，CPU 的频率已经十多年没有增长了（下图绿色部分），而 CPU 的频率就决定了它的指令执行速度；

CPU 厂商对这一问题的解决方案是横向的往多核方向发展，这就意味着所有的单进程、单线程的软件性能都将无法从 CPU 升级上获得提升，想提升服务器的 QPS，就必须充分使用 CPU 的多个核，那应该如何有效利用 CPU 多核的特性呢？

线程是 CPU 调度的最小单位，支持多线程的软件就可以同时使用 CPU 多个核的算力，进程是比线程更大的粒度，所以支持多进程也可以，Nginx 就采用了多进程的架构；Nginx 中主要包含下面几种进程：

• master 进程：负责读取配置、绑定端口、创建子进程；

• worker 进程：负责大多数的逻辑，比如，处理网络请求、读写磁盘、和其他服务通信等；

• cache manager、cache loader：缓存相关逻辑；

Nginx 服务器启动后，会生成一个 master 进程，master 线程在完成自己的工作后就开始创建 worker 进程，随后进入 sleep 的状态，不占用过多的计算资源；

worker 进程是实际处理用户请求的进程，又因为 Nginx 采用事件驱动的非阻塞 I/O 架构设计，并发数高的时候 worker 进程将会一直保持 running 的状态，理论上一个 worker 就能吃掉一整个 CPU 核心的算力，所以默认情况下 nginx 会根据系统的 CPU 核心数来创建 worker 进程，有几个核就创建几个 worker 进程；

那多个 worker 进程是怎么监听同一个端口的？大家本地启动开发服务器的时候应该遇到过端口被占用的报错；master 进程监听了 80、443 端口，worker 进程属于 master 的子进程，在 linux 中子进程将默认继承父进程监听的端口；

使用 master/worker 除了能充分利用 CPU 多核的算力之外，还带来了一些其他诸如 “热升级” 的好处；

榨干 CPU 算力

虽然说架构设计很重要，但光架构设计还不足以让 Nginx 有这么强大的性能；Nginx 还通过其他各种手段榨干 CPU 的算力，抢占服务器上其他应用的计算资源；比如：

上面说的高并发时 Nginx 的 worker 进程会一直保持 running 的状态，抢占 CPU 的算力，但 Linux 作为分时操作系统，会将 CPU 的执行时间分为许多碎片，交由所有进程轮番执行。这些时间片有长有短，从5毫秒到800毫秒不等，内核分配其长短时，会依据进程的静态优先级来分配。没错，Nginx 为了让 worker 进程能分到更长的时间片，会增加 worker 进程的静态优先级，让它能够抢占到更多的 CPU 计算时间；

想做到高性能，必须同时拥有 “好架构” ➕ “好的细节处理”；

使用入门

Nginx 的配置系统由一个主配置文件和其他一些辅助的配置文件构成。这些配置文件均是纯文本文件，全部位于 Nginx 安装目录下的 conf 目录下。

配置文件中以 # 开始的行，或者是前面有若干空格或者 TAB，然后再跟 # 的行，都被认为是注释；

配置文件中可以包含若干配置项，每个配置项由 “配置指令” 和 “指令参数” 2个部分构成，并以 ; 结尾，指令参数也就是配置指令对应的配置值。举个例子：

# 这一行是注释，下一行中的 error_page 为 “配置指令”，其后跟着的是对应的 “指令参数”
error_page   500 502 503 504  /50x.html;

配置指令

配置指令分为两种：

• 简单配置指令：指令的参数全部由简单字符串构成，不包含复合配置块，上述的 “error_page” 即为简单配置项；

• 复杂配置指令：包含复合配置块，复合配置块是由 {} 括起来的一堆指令，其中可能包含一个或多个简单配置指令和复杂配置指令，例如：

• events {
      worker_connections   1024;
  }
  

指令参数

指令的参数使用一个或者多个空格或者 TAB 字符与指令分开，由一个或者多个 TOKEN 字符串组成，TOKEN 字符串之间由空格或者TAB键分隔开来；

指令上下文

复杂配置指令中的 http、location、server、mail 会产生指令上下文，指令上下文存在嵌套关系，比如：

# main 上下文
user  nginx;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log  info;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    server {
        listen          80;
        server_name     www.example.com;
        location / {
            index index.html;
        }
    }
}

mail {
    auth_http  127.0.0.1:80/auth.php;
    pop3_capabilities  "TOP"  "USER";
    imap_capabilities  "IMAP4rev1"  "UIDPLUS";

    server {
        listen     110;
        protocol   pop3;
        proxy      on;
    }
}

main 上下文主要用来配置与具体的业务（http 或者邮件）无关的逻辑，比如例子中的：

• error_log 配置错误日志路径；

• worker_processes worker 进程数；

• user 指定可以运行 Nginx 服务的用户和用户组；

• events 配置 Nginx 服务器与用户的网络连接，比如上述 worker_connections 用来配置 worker 进程可以同时支持的最大连接数；

main 上下文中还包含了 http 指令，http 是 Nginx 服务器配置中最重要的部分，代理、缓存等绝大多数功能和第三方模块的配置都可以放到这个模块中来；mail 可用来定义电子邮件代理服务器相关的配置；

常见指令

include

从其他文件引入配置，可用来对复杂的 Nginx 配置做拆分；

# main 上下文
user  nginx;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log  info;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    server {
        listen          80;
        server_name     www.example.com;
        location / {
            index index.html;
        }
    }
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

server

server 块用来配置 “虚拟服务器” ，每一个 server 块都相当于一台 “虚拟服务器”，“虚拟服务器” 是一个与实体服务器相对应的概念，将一台实体服务器进行划分，对外表现为多个服务器，可以充分利用服务器的硬件资源，并且可以不用为每一个要运行的网站提供单独的 Nginx 服务器；

server {
    listen 80;
    server_name a.com;

    location / {
        proxy_pass https://www.baidu.com;
    }
}
server {
    listen 80;
    server_name b.com;

    location / {
        proxy_pass https://www.google.com;
    }
}

server 中最重要的两条指令为 listen 和 server_name ，这两条指令共同决定了一个请求究竟会打到哪一个 “虚拟服务器中”；

listen

用来配置 “虚拟服务器” 监听的 ip 和 port，只能配置在 server 块中，具体语法：

# 只监听来自 127.0.0.1 这个 IP，请求 8000 端口的请求
listen 127.0.0.1:8000;
# 只监听来自 127.0.0.1 这个IP，请求 80端 口的请求（不指定端口，默认80）
listen 127.0.0.1;
# 监听来自所有 IP，请求 8000 端口的请求
listen 8000;
# 监听 80 端口的请求，且如果没有其他 server_name 能匹配上的话将会默认匹配该 server
listen 80 default_server;

server_name

用来配置 “虚拟服务器” 的网址，只能配置在 server 块中，具体语法：

server_name    myserver.com    www.myserver.com;
# 还可以使用通配符 *
server_name    myserver.*    *.myserver.com;
# 还可以使用正则
server_name    ~^(?<www>.+).example.org$;

存在通配符以及正则的话，则存在多个 server_name 被同时匹配上的可能，当有多个匹配上的话，会按照下面的优先级来决定请求打到哪一个 “虚拟服务器”：

1. 准确匹配的 server_name；

2. 通配符在开始时匹配的 server_name；

3. 通配符在结尾时匹配的 server_name；

4. 正则表达式匹配的 server_name；

1. locatioin

server 中使用 listen 和 server_name 来区分 “虚拟服务器”，location 指令则让 server 可以非常灵活的处理请求；

location 的语法结构：

location [ = | ~ | ~* | ^~ ] uri {
    ...
}

location 有五种匹配方式：

Nginx 中不会直接按照 location 出现的先后顺序进行匹配，而是按照下面的规则进行匹配：

1. 先精准匹配 = ，精准匹配成功则会立即停止其他类型匹配；

2. 没有精准匹配成功时，进行前缀匹配。先查找带有 ^~ 的前缀匹配，带有 ^~ 的前缀匹配成功则立即停止其他类型匹配，普通前缀匹配（不带参数  ^~  ）成功则会暂存，继续查找正则匹配；

3. = 和 ^~ 均未匹配成功前提下，查找正则匹配 ~ 和 ~* 。当同时有多个正则匹配时，按其在配置文件中出现的先后顺序优先匹配，命中则立即停止其他类型匹配；

4. 所有正则匹配均未成功时，返回步骤 2 中暂存的普通前缀匹配（不带参数  ^~  ）结果；

5. 所有匹配都不命中时，默认进入 / ；

1. rewrite 和 proxy_pass

rewrite 可以出现在 server、location、if 块中，用来改写请求地址，具体的语法如下：

rewrite regex replacement [last|break|redirect|permanent];

proxy_pass 只能出现在 location、if 块中，用来将请求转发至对应的服务，具体语法如下：

proxy_pass uri;

举个例子：

server {
    rewrite /a.html /b.html break;
    return 200 'ok';
    
    location /a.html {
        return 200 'a.html';
    }
    
    location /b.html {
        return 200 'b.html';
    }
    
    location /c.html {
        proxy_pass http://www.google.com;
    }
}

使用场景

域名 -> 域名

将某一个域名的请求在本地拦截之后，转发到 nginx 中，nginx 将请求转发到其他域名；

server {
    listen 80;
    server_name www.baidu.com;
    location / {
        proxy_pass http://www.google.com;
    }
}

域名 -> 本地 ip

将某一个域名的请求拦截之后，转到到 nginx 中，nginx 将对应的请求打到本地的其他 ip；

server {
    listen 80;
    server_name www.baidu.com;
    location / {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8001;
    }
}

路径 -> 域名

根据不同路径将请求转发至不同的域名；

server {
    listen 80;
    server_name www.baidu.com;
    
    location ^~ /to_google {
        proxy_http_version 1.1;
        rewrite .* /;
        proxy_pass http://google.com/;
    }
}

接口跨域

解决前端本地开发环境调用线上接口时跨域的问题；

server {
    listen 80;
    
    location ^~ /api {
        proxy_pass http://example.com;
        
        add_header Access-Control-Allow-Methods *;
        add_header Access-Control-Max-Age 3600;
        add_header Access-Control-Allow-Credentials true;
        add_header Access-Control-Allow-Origin $http_origin;

        if ($request_method = OPTIONS){
            return 200;
        }
    }
}

小结

• Nginx 因为其优秀的架构设计和极致的细节处理，才拥有了现在这么强悍的性能，两者缺一不可；

• Nginx 有一套自己设计的指令式配置语法，跟传统的编程语言不同，学习成本不高，感兴趣的同学可以学习一下；

• 还是别用 Nginx 作为你的开发代理工具了；