Nginx 从配置到缓存的性能优化

Nginx 是一个高性能的 HTTP 服务器和反向代理服务器，广泛应用于处理高并发请求。然而，默认配置并不一定适合所有场景，尤其是在高流量或复杂业务逻辑的情况下。本文将介绍一些 Nginx 的基础配置优化和缓存的使用方法以提升 Nginx 的性能。

基础配置优化

调整 worker_processes 以及 worker_connections

Nginx 使用多进程模型处理请求。worker_processes 定义 Nginx 使用的工作进程数，而 worker_connections 定义每个工作进程可以处理的最大连接数：

worker_processes auto;
events {
    worker_connections 1024;
}

参数作用如下：

参数	作用
worker_processes	设置为 `auto` 可以让 Nginx 自动根据 CPU 核心数来分配工作进程数。如服务器有 4 个 CPU 核心，Nginx 会启动 4 个工作进程。
worker_connections	这个值决定了每个工作进程可以处理的最大连接数。通常，可根据服务器的内存和网络带宽来调整这个值。`1024` 是一个常见起点，可以调整到 2048。

启用 keepalive 长连接

HTTP 协议中的 keepalive 机制允许客户端和服务器在同一个连接上发送多个请求，减少了 TCP 连接的建立和关闭开销：

http {
    keepalive_timeout 65;
    keepalive_requests 100;
}

参数作用如下：

参数	作用
keepalive_timeout	定义客户端与服务器保持连接的时间。设置为 `65` 秒意味着如果客户端在 `65` 秒内没有发送新请求，连接将被关闭。
keepalive_requests	定义了单个连接上允许的最大请求数。设置为 `100` 意味着一个连接可以处理 `100` 个请求后关闭。

调整 buffer 的大小

Nginx 使用缓冲区来存储请求和响应数据。如缓冲区设置过小，Nginx 可能会频繁地进行磁盘 I/O 操作，影响性能：

http {
    client_body_buffer_size 10K;
    client_header_buffer_size 1k;
    large_client_header_buffers 48k;
}

参数作用如下：

参数	作用
client_body_buffer_size	定义用于存储客户端请求体的缓冲区大小。如请求体超过这个大小，会将数据写入磁盘。
client_header_buffer_size	定义用于存储客户端请求头的缓冲区大小。
large_client_header_buffers	定义用于存储大型请求头的缓冲区数量和大小。

缓存提升性能

启动静态资源缓存

对于静态资源，启用缓存可以显著减少服务器的负载：

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public, no-transform";
}

参数作用如下：

参数	作用
expires	定义了资源的缓存时间。`30d` 表示资源将缓存 30 天。
Cache-Control	`public` 表示资源可以被任何缓存「如浏览器、CDN等」缓存，`no-transform` 表示不允许代理服务器对资源进行转换「如压缩等」

使用代理缓存

如使用 Nginx 作为反向代理，可启用代理缓存来缓存后端服务器的响应：

proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=1g inactive=60m use_temp_path=off;

server {
    location / {
        proxy_cache my_cache;
        proxy_pass http://backend;
        proxy_cache_valid 200 302 10m;
        proxy_cache_valid 404 1m;
    }
}

参数作用如下：

参数	作用
proxy_cache_path	定义了缓存存储的路径、缓存键的存储区域、缓存的最大大小及缓存的有效期。
proxy_cache	启用缓存并使用指定的缓存区域。
proxy_cache_valid	定义不同状态码的缓存时间。

使用 gzip 压缩减少网络传输量

gzip 压缩可以显著减少传输数据量，从而加快页面加载速度：

http {
    gzip on;
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
    gzip_comp_level 6;
    gzip_min_length 256;
    gzip_proxied any;
    gzip_vary on;
}

参数作用如下：

参数	作用
gzip	启用压缩。
gzip_types	定义了需要压缩的文件类型。通常包括文本文件、CSS/JavaScript/XML 等。
gzip_comp_level	定义压缩级别，范围是 1 到 9。1 是最低的压缩率，9 是最高的压缩率。默认值 `6`。
gzip_min_length	定义最小压缩文件大小。小于这个大小的文件不会被压缩。
gzip_proxied	定义了是否对代理请求启用压缩。`any` 表示对所有代理请求启用压缩。
gzip_vary	添加响应，确保代理服务器能正确处理缓存。

HTTP/2 与速率限制

使用 HTTP/2 版协议

HTTP/2 提供了多路复用、头部压缩特性，可以显著提升性能：

server {
    listen 443 ssl http2;
    ssl_certificate /path/to/cert.pem;
    ssl_certificate_key /path/to/key.pem;
}

参数作用如下：

参数	作用
http2	在 `listen` 指令中添加 `http2` 参数即可启用。

限制请求速率

为了防止恶意请求或突发流量导致服务器过载，可使用 limit_req 模块限制请求速率：

http {
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;

    server {
        location / {
            limit_req zone=one burst=5;
        }
    }
}

参数作用如下：

参数	作用
limit_req_zone	定义限流区域。`$binary_remote_addr` 表示根据客户端的 IP 地址进行限流，`rate=1r/s` 表每秒允许 `1` 个请求。
limit_req	在指定的位置应用限流。`burst=5` 表允许突发 `5` 个请求。

LB 和日志优化

负载均衡

upstream backend {
    server 192.168.1.1:8080;
    server 192.168.1.2:8080;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

注意：通过 upstream 模块可以将请求分发到多个后端服务器，提高并发处理能力。

日志优化

1 2	access_log /var/log/nginx/access.log main buffer=16k; error_log /var/log/nginx/error.log warn;

注意：调整日志级别可减少日志输出量，提升性能。这表示将访问日志的缓冲区大小设置为 16KB，并将错误日志级别设置为 warn。