NGINX 緩存使用指南

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，它保留了全部可見內容的拷貝。若是一個客戶端請求的內容在緩存中存儲，則能夠直接在緩存中得到該內容而不須要與服務器通訊。這樣一來，因爲web緩存距離客戶端「更近」，就能夠提升響應性能，並更有效率的使用應用服務器，由於服務器不用每次請求都進行頁面生成工做。 
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，就對性能提升有很大的幫助。

　　Nginx從0.7.48版本開始，支持了相似Squid的緩存功能。這個緩存是把URL及相關組合看成Key，用md5編碼哈希後保存在硬盤上，因此它能夠支持任意URL連接，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緩存服務只能爲指定URL或狀態碼設置過時時間，不支持相似Squid的PURGE指令，手動清除指定緩存頁面，可是，經過一個第三方的Nginx模塊，能夠清除指定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，對後端內容源服務器進行緩存，後者主要用於對FastCGI的動態程序進行緩存。二者的功能基本上同樣。

　　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），已經能夠徹底取代Squid。咱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已經具有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，賽過Squid很多。另外，在反向代理、負載均衡、健康檢查、後端服務器故障轉移、Rewrite重寫、易用性上，Nginx也比Squid強大得多。這使得一臺Nginx能夠同時做爲「負載均衡服務器」與「Web緩存服務器」來使用。

 

1、如何安裝和配置基礎緩存

咱們只須要兩個命令就能夠啓用基礎緩存： proxy_cache_path和proxy_cache 
proxy_cache_path用來設置緩存的路徑和配置，proxy_cache用來啓用緩存。

 

1. proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m
2. use_temp_path=off;
3. server {
4. ...
5. location / {
6. proxy_cache my_cache;
7. proxy_pass http://my_upstream;
8. }
9. }

proxy_cache_path命令中的參數及對應配置說明以下：

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致使文件訪問緩慢，因此針對大多數部署，咱們推薦使用兩級目錄層次結構。若是levels參數沒有配置，則NGINX會將全部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，有些相似計時器的用途。將鍵的拷貝放入內存可使NGINX在不檢索磁盤的狀況下快速決定一個請求是HIT仍是MISS，這樣大大提升了檢索速度。一個1MB的內存空間能夠存儲大約8000個key，那麼上面配置的10MB內存空間能夠存儲差很少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；若是不指定具體值，那就是容許緩存不斷增加，佔用全部可用的磁盤空間。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，這樣把緩存的空間下降至這個限制之下。

5.inactive指定了項目在不被訪問的狀況下可以在內存中保持的時間。在上面的例子中，若是一個文件在60分鐘以內沒有被請求，則緩存管理將會自動將其在內存中刪除，無論該文件是否過時。該參數默認值爲10分鐘（10m）。注意，非活動內容有別於過時內容。NGINX不會自動刪除由緩存控制頭部指定的過時內容（本例中Cache-Control:max-age=120）。過時內容只有在inactive指定時間內沒有被訪問的狀況下才會被刪除。若是過時內容被訪問了，那麼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最初會將註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。咱們強烈建議你將參數設置爲off來避免在文件系統中沒必要要的數據拷貝。use_temp_path在NGINX1.7版本和NGINX Plus R6中有所介紹。

最終， proxy_cache命令啓動緩存那些URL與location部分匹配的內容（本例中，爲/）。你一樣能夠將proxy_cache命令添加到server部分，這將會將緩存應用到全部的那些location中未指定本身的proxy_cache命令的服務中。

 

2、陳舊總比沒有強

NGINX內容緩存的一個很是強大的特性是：當沒法從原始服務器獲取最新的內容時，NGINX能夠分發緩存中的陳舊（stale，編者注：即過時內容）內容。這種狀況通常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，爲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峯值的狀況下的正常運行。爲了開啓該功能，只須要添加proxy_cache_use_stale命令便可：

 

1. location / {
2. ...
3. proxy_cache_use_stale error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
4. }

按照上面例子中的配置，當NGINX收到服務器返回的error，timeout或者其餘指定的5xx錯誤，而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。

 

3、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：

 

1. proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m
2. use_temp_path=off;
4. server {
5. ...
6. location / {
7. proxy_cache my_cache;
8. proxy_cache_revalidate on;
9. proxy_cache_min_uses 3;
10. proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;
11. proxy_cache_lock on;
13. proxy_pass http://my_upstream;
14. }
15. }

配置解釋以下：

1. proxy_cache_revalidate指示NGINX在刷新來自服務器的內容時使用GET請求。若是客戶端的請求項已經被緩存過了，可是在緩存控制頭部中定義爲過時，那麼NGINX就會在GET請求中包含If-Modified-Since字段，發送至服務器端。這項配置能夠節約帶寬，由於對於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纔將所有文件一塊兒發送。

2. proxy_cache_min_uses設置了在NGINX緩存前，客戶端請求一個條目的最短期。當緩存不斷被填滿時，這項設置便十分有用，由於這確保了只有那些被常常訪問的內容纔會被添加到緩存中。該項默認值爲1。

3. 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複的請求。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後的請求直到更新後的文件被所有下載。

4. 當proxy_cache_lock被啓用時，當多個客戶端請求一個緩存中不存在的文件（或稱之爲一個MISS），只有這些請求中的第一個被容許發送至服務器。其餘請求在第一個請求獲得滿意結果以後在緩存中獲得文件。若是不啓用proxy_cache_lock，則全部在緩存中找不到文件的請求都會直接與服務器通訊。

 

4、NGINX 如何決定是否緩存？

默認狀況下，NGINX須要考慮從原始服務器獲得的Cache-Control標頭。當在響應頭部中Cache-Control被配置爲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。你也能夠參照下面的解答覆蓋這些默認值。

一、Cache-Control頭部能否被忽略？ 
能夠，使用proxy_ignore_headers命令。以下列配置：

 

1. ocation /images/ {
2. proxy_cache my_cache;
3. proxy_ignore_headers Cache-Control;
4. proxy_cache_valid any 30m;
5. ...
6. }

NGINX會忽略全部/images/下的Cache-Control頭。proxy_cache_valid命令強制規定緩存數據的過時時間，若是忽略Cache-Control頭，則該命令是十分必要的。NGINX不會緩存沒有過時時間的文件。

二、NGINX可否緩存POST 請求？ 
能夠，使用proxy_cache_methods命令：

 

1. proxy_cache_methods GET HEAD POST;

三、NGINX 能夠緩存動態內容嗎？

能夠，提供的Cache-Control頭部能夠作到。緩存動態內容，甚至短期內的內容能夠減小在原始數據庫和服務器中加載，能夠提升第一個字節的到達時間，由於頁面不須要對每一個請求都生成一次。

四、可使用Cookie做爲緩存鍵的一部分嗎？ 
能夠，緩存鍵能夠配置爲任意值，如：

 

1. proxy_cache_key $proxy_host$request_uri$cookie_jessionid;

五、NGINX 如何處理字節範圍請求？

若是緩存中的文件是最新的，NGINX會對客戶端提出的字節範圍請求傳遞指定的字節。若是文件並無被提早緩存，或者是陳舊的，那麼NGINX會從服務器上下載完整文件。若是請求了單字節範圍，NGINX會盡快的將該字節發送給客戶端，若是在下載的數據流中恰好有這個字節。若是請求指定了同一個文件中的多個字節範圍，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，不管未來的字節範圍請求是單字節仍是多字節範圍，NGINX均可以在緩存中找到指定的內容當即響應。

參考： 
NGINX其餘優化

NGINX緩存使用官方指南

使用Nginx的proxy_cache緩存功能取代Squid[原創]

Nginx proxy cache官方解釋

爲Nginx安裝清緩存模塊——優化nginx服務器性能