缓存架构系统就谈多级缓存，可我就知Redis！nginx缓存代理助力提升

天下武功唯快不破。随着用户访问请求的压力的剧增，服务器可能处理不过增量太快的请求。单用户请求的响应时间将会变长。如果说，有一个什么方案来解决这个问题，那缓存肯定是首选。

那为何唯独以缓存为佳呢？

因为有了缓存，就不用每次走向原始的数据库里面进行查找。直接现场返回。那就是我们常说的Redis吗？

不是，是 Nginx 的代理缓存，可常用的不是Redis、memcache这些吗？

那如果用户请求在走到接入层就拿到了想要的数据，是不是就不用在访问到后面的Redis缓存啦。从而减少了网络I/O上的开销。

那这在那些场景使用呢？请听我细细道来

Nginx 代理缓存是什么

缓存代理 指 Nginx 把客户端请求代理到 真实内容源服务器并缓存响应信息到磁盘或内存，如下次访问相同的 URL 请求，就直接从 Nginx 处获取缓存响应。
因 Nginx 做了响应信息的缓存，而 缓存数据是通过代理到真实内容服务器。故称之为缓存代理

头铁，那什么是代理？代理的方式有哪些呢？

代理就是一个种工作模式，把任务交给别人去完成，你只需等待结果就可以。不用自己全盘接受。

ps:就是第三方的意思

常用代理方式有正、反向代理两大类。

正向代理

客户端发送请求找到代理服务器，由代理服务器向目标服务器发送请求，然后返回响应数据给客户端。整个过程对客户端来说，它是知道目标服务器的真实位置。

比如：你拖朋友从香港代购包包，对于你来说，你是知道朋友具体要去哪里，做什么事情。

场景：上网。一般都是针对外网IP。对用户透明。

国内 吒吒辉无法直接访问 facebook，但能直接访问到像阿里云在国外部署的云服务器，于是我就可以通过云主机做一个代理，帮助吒吒辉无访问到国外的网站。因为吒吒辉直接访问的云主机在国外，不会被国内网络墙掉。

反向代理

客户端向反向代理服务器发送请求后，反向代理服务器将该请求转发给内部网络上的后端服务器,并将从后端服务器上得到的响应结果返回给客户端。

比如：你直接在海淘相关平台上购买包包。对你来说，你不知道海淘公司具体要做些什么

场景：Nnginx+PHP。一般针对内网IP，对用户不透明。

对吒吒辉访问 taobao.com场景来看，吒吒辉始终认为访问的是原始服务器，而不是反向代理的服务器。

ps:淘宝使用 Tengine 服务器

但实际上却是反向代理服务器接收了吒吒辉的请求，然后代理到原始服务器取得相关资源后，在返回给吒吒辉

这个是出于安全保护后端资源的措施，只允许代理服务器访问原始资源服务器。但吒吒辉却不知道。一般都会后端资源服务器上加上 防火墙，只允许代理服务器来访问

常见的就是：nginx把请求代理到PHP的9000端口，fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;

总结：正反向代理是彼此相反，各自互补。

为什么要使用nginx缓存代理

减少后端压力，提高网站请求接入，降低请求延时，有利于节省后端服务器的资源。

小吒吒，这个nginx缓存代理和浏览器缓存有什么区别，怎么nginx还整出了这个

如果你提了它，那证明你小伙，心还是细。

熟悉的同学可能都知道面对大量用户请求访问的时候，会把一些资源缓存到本地来处理。比如：图片、视频等资源。

但这种这针对于本地静态的化内容，而缓存代理则是针对服务器端的资源，有些比较敏感或者更新比较多的资源就不太适合放到本地，或者资源不是来源于当前服务器，而是来自于上游的其它服务器站点，用缓存代理的方式就可以提升网络的加载速度。

缓存代理应该如何实现？

缓存代理实现还是得根据资源的动态和静态划分，不同的资源类型实现方式不一样，但一般都针对静态，毕竟动态就在于动字，如果后端数据修改了，但是资源却时时未更新上，你说这不是问题？

静态缓存实现

永久缓存配置

配置如下：

server{      
listen  80;    
server_name localhost  
location / {
# 文件保存目录，这里是Windows，如果在Linux需要保证用户执行权限和目录所属用户与nginx启动一致。 
#  注： 文件目录需手动创建
     root D:zhazhahui/cache;
     
     #  开启本地缓存
     proxy_store on; 
     
     #  配置缓存用户和组的读写权限
     proxy_store_access user:rw group:rw all:r;
     
     #  反向代理时接收的数据临时存储文件的目录,nginx启动后会自动创建生成
    proxy_temp_path cache_tmp;
    
## 利用正则表达式匹配缓存目录中的文件、目录或符号链接是否存在
  # !-e 检查一个文件、目录或符号链接是否存在，不存在就执行 （）中的指令
  
  # $request_filename为nginx内置变量，为当前请求的URI，就是你域名站点后面出现的文件路径 
 if(!-e $request_filename) {  
 
       proxy_pass http://zhazhahui.com:8080;  
    }        
}

临时缓存设置

Nginx的临时缓存,是使用 proxy_cache 指令设置的临时缓存配置，它采用md5算法将请求URL地址进行哈希(hash)计算后,根据配置文件中指定缓存目录，来保存响应后的数据。

那这永久缓存和临时缓存有啥区别？我该如何选择呢？放心，我都懂，后面细聊，超乎你象限！

缓存配置

在
`
nginx.conf 中的 http模块
`
添加如下配置。

#代理临时目录
proxy_temp_path /usr/local/nginx/proxy;
#Web缓存目录和参数设置
proxy_cache_path /usr/1ocal/nginx/proxy_cache_dir levels=1:2 keys_zone=cache_one:50m inactive=1m max_size=500m;

/usr/local/nginx/proxy_cache_dir 参数:表示用户自定义的缓存文件保存目录。
- levels参数:表示缓存目录下的层级目录结构，它是根据哈希后的请求URL地址创建的，目录名称从哈希后的字符串结尾处开始截取。

假设哈希后的请求链接地址为 af7098a15e430326197ee01516fdace0, 则levels=1:2表示,第1层子目录的名称是长度为1的字符0,第2层子目录的名称是长度为2的字符ce。

- keys_zone参数: 指定缓存区名称及大小，例如：cache_one:50m表示缓存区名称为 cache_one，在内存中的空间是50MB。
- inactive参数:表示主动清空在指定时间内未被访问的缓存。例如：1m  清空在1分钟内未被访问过的缓存，1h表示1小时,1d表示1天等。
- max_size参数:表示指定磁盘空间大小。例如,500m、10g。需要注意的是,Nginx在进行缓存时， 首先会被写人 proxy_temp_path 指定的临时目录中,因此建议proxy_cache_path 和proxy_temp_path 指令设置的目录应在同一个文件系统中，避免不同文件系统之间的磁盘I/O消耗。

为啥缓存存储要设置一个临时目录和真实的数据存储呢？

在Server块添加临时缓存配置


listen  80;
      server name zhazha.hui.test;
      #增加两个响应头信息，用于获知访问的服务器地址与缓存是否成功
      add_header X-Via $server addr;
      add_header X-Cache $upstream cache status;

      location /{
      #设置缓存区城名称
      proxy_cache cache_one;
      #以域名、URI、参数组合成Web缓存的Key值,Nginx根据Key值哈希
      proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;
      
      #对不同的HTTP状态码设置不同的缓存时间
      proxy_cache valid 200 10m;
      #200缓存10分钟
      proxy_cache_valid 304 1m;
      #304缓存1分钟
      proxy_cache_valid 301 302 1h;
      # 301、302缓存1小时
      proxy_cache_valid any 1m;
      #其他未设置的状态码缓存1分钟
      
      #设置反向代理
      proxy_pass  http://192.168.78.128;

$host:服务器的域名，如zhazha.hui.test
$uri:域名和参数之间的部分，如/index.html。
$is_args: 有URL参数时，则值为?,否则为空字符串。
$args:保存URL参数,如a=1&b=2,没有参数时为空字符串。
利用$is_args和$args,可以实现根据不同URL参数缓存不同文件。

为了便于在浏览器端查看是否正确缓存,可配置 add_header 指令添加了
两个响应消息头。其中X-Via表示服务器地址，利用内置变量$server_addr 获取,另一个X-Cache表示资源缓存状态，利用内置变量$upstream_cache_status 获取。$upstream_cache_status 的返回值有7个，如下所示:

Ps：那这永久缓存和临时缓存有啥区别呢？
永久和临时在使用看，配置就不一样，临时是针对 HTTP 作用域，所以整个HTTP下配置的 Server 站点都可以享受，基本适合一切的缓存代理来做，并且它不会一直存在。失效就不用了。
而永久就不一样，它只是针对单个Server来说，符合那种单点业务，比如流量高访问的高的页面，用它直接缓存本地后面即可直接使用。

缓存代理解析过程是如何实现的？
HTTP 请求匹配到server站点后，就直接找到相关 location 规则，然后再向后端源服务器请求数据，得到响应结果并缓存起来。这里就是核心， 缓存代理需先生产缓存后才能去命中缓存，如果都没有那只有去后端源服务里面获取。

缓存为啥要用哈希算法生成缓存目录呢？

因为哈希。它的时间复杂度是O(1)。

如不使用哈希，那每次请求到后端进行缓存检索时，就需从众多的缓存中挨个进行对比，这样查找匹配的效率就变得很低。如果用来哈希算法，每次缓存命中时直接根据请求计算出哈希码，然后再哈希表下面进行对比，这样在众多的缓存内容下检索救护更快速。

那算法的本质是什么?

哎呦，小伙还喜欢问这个。很多人都感觉算法很难懂，首先你得从大观上来看。这里还得提下 数据结构和算法

算法实质就是解决问题的方案，是一系列解决问题的清晰指令，而数学思想是优化这种方案的武器。

其实不用算法，也会有很多种方式来解决问题，但有了算法它的效率会更快，就好像你做从1-1000相加的结果

普通方式：从 1+2+3+.....+1000。这属于毫不讲理型，

算法方式：(1+1000)x(1000/2) 这属于大脑开动型

算法说白了就是用算术解决问题的方法，用一些数学上面的方式去解决特定问题的方案。

而数据结构就是存储数据的一种形式，数据结构本身在访问和处理上的效率就会高于普通的形式，因为它们会按照指定的结构去存储和读取。所以一般在编写程序都会考虑时间和空间复杂度。故常会结合这两种东西来解决实际资源消耗大的问题

FastCGI缓存

FastCGI模块主要能够接受PHP-FPM请求响应，而且能够与任何兼容FastCGI协议的服务器通信。而FastCGI缓存只是该模块下的一部分，属于动态资源请求。
而前面临时+永久缓存都针对整个网络请求，并不是FastCGI请求部分，如果有了它，那么将大大减少nginx和PHP的网络通信。

常用指令

fastcgi_cache
- 语法：fastcgi_cache zone_name
- 说明：用于设置哪个缓存区将被使用,zone_name 的值为 fastcgi_cache_path 指令创建的缓存区名称
- 作用域：http、server、location 默认值: off
fastcgi_cache_path
- 语法：fastcgi_cache_path path [levels=number] keys_zone=zone_name:zone_size [inactive=time] [max_size=size];
- 说明：用于设置哪个缓存区将被使用,zone_name 的值为 fastcgi_cache_path 指令创建的缓存区名称。
- 作用域：http

例如:fastcgi_cache_path /usr/local/nginx/fastcgi_cache_dir levels=1:2 keys_zone=cache_one:500m inactive=1d max_size=30g ;

levels 指定该缓存空间有两层hash目录,第一层目录为1个字母,第二层为2个字母,保存的文件名会类似 /usr/local/nginx/fastcgi_cache_dir/c/29/XXXX;

keys_zone 参数用来为这个缓存区起名;

500m 指内存缓存空间大小为500MB;

inactive 的1d 指如果缓存数据在1天内没有被访问,将被删除;

max_size 的30g 是指硬盘缓存空间为30GB

fastcgi_cache_methods
- 语法: fastcgi_cache_methods [GET HEAD POST] ;
- 说明：该指令用于设置缓存哪些HTTP方法,默认缓存HTTP GET/HEAD 方法,不缓存HTTP POST方法
fastcgi_cache_min_uses
- 语法: fastcgi_cache_min_uses the_number;
- 说明：该指令用于设置缓存的最小使用次数,默认值为1.
fastcgi_cache_valid
- 语法: fastcgi_cache_valid reply_code [reply_code...] time;
- 说明：该指令用于对不同返回状态码的URL设置不同的缓存时间.
fastcgi_cache_valid 200 302 10m ;
fastcgi_cache_valid 404 1m ;
- 设置200,302状态的URL缓存10分钟,404状态的URL缓存1分钟.如果不指定状态码,直接指定缓存时间,则只有200,301,302状态的URL缓存5分钟.
fastcgi_cache_key
- 语法:fastcgi_cache_key line ;
- 该指令用来设置Web缓存的Key值,Nginx根据Key值md5哈希存储缓存.一般根据FastCGI服务器的地址和端口,$request_uri(请求的路径)等变量组合成fastcgi_cache_key。

配置FastCGI缓存

1、编辑nginx.conf


http{  
  #fastcgi_temp_path和fastcgi_cache_path指定的路径必须在同一分区
  fastcgi_temp_path /usr/local/nginx/fastcgi_temp_path ;
  #设置Web缓存区名称为cache_one,内存缓存空间大小为500MB,自动清除超过1天没有被
 
  #访问的缓存数据,硬盘缓存空间大小为30G
  fastcgi_cache_path /usr/local/nginx/fastcgi_cache_path levels=1:2 keys_zone=cache_one:200m inactive=1d max_size=30g ;

}

2、修改站点配置文件中的fastcgi内容


  server{    
    location ~ .*\.(php|php5)$ {
      #使用Web缓存区cache_one
      fastcgi_cache cache_one ;
      #对不同的HTTP状态码缓存设置不同的缓存时间
      fastcgi_cache_valid 200 10m ;
      fastcgi_cache_valid 301 302 1h ;
      fastcgi_cache_valid an 1m ;
      #设置Web缓存的key值,Nginx根据key值md5哈希存储缓存,这里根据"FastCGI服务 
 
    # "FastCGI器的IP+端口+求的URI" 组合成Key。
      fastcgi_cache_key 127.0.0.1:9000$requet_uri ;
      #FastCGI服务器
      fastcgi_pass 127.0.0.1:9000 ;
      fastcgi_index index.php ;
      include fcgi.conf ;
    }
}

缓存清理配置

Nginx缓存虽减轻了后端服务器的压力，但是会导致文件修改后无法及时更新缓存,只有及时删除服务器中的缓存文件,Nginx才会重新请求后端服务器。
目前,Nginx 官方不支持清理指定URL的缓存，需借助第三方（ngx_cache_purge）模块才可以实现。

1.备份已安装的Nginx

在添加ngx_cache_purge 模块前，关闭Nginx服务，备份已有的Nginx目录。

[root@吒吒辉]# cp -r /usr/local/nginx /usr/1ocal/nginx_old2

2.重新编译安装Nginx

在GitHub平台可以获取ngx_cache_purge模块的源代码，参考下载地址为

https://github.com/FRiCKLE/ngx_cache_purge/tags

这里选择zip格式的文件。

下载完成后将其上传到root目录下，解压并重命名为ngx_cache_purge,具体命令

[root@ localhost ~ ]# unzip ngx_cache_purge-2.3.zip
[root@ localhost ~]# mv ngx_cache_purge-2.3 /usr/1ocal/ngx_cache_purge

接着，进人 Nginx 文件的解压目录，在./configure时添加对nginx-cachepurge模块的支持,完成Nginx编译选项的配置,具体命令如下。

[root@ localhost ~]# cd nginx-1.10.1
[roote localhost nginx-1.10.1]# ./configure \
#  指定nginx安装目录
--prefix= /usr/local/nginx \
--add-module= /usr/local/ngx_cache_purge \
# 启用https支持。
--with-http_ss1_module 
[roote localhost ~]# make && make install

完成Nginx的编译和安装后,启动Nginx服务,在浏览器中访问测试。如果看到Nginx 的默认欢迎页面表示安装成功。或者使用 nginx -V命令查看是否按照成功模块

3.配置缓存清理功能

安装完 ngx_cache_purge 模块后,可使用该模块提供的 proxy_cache_purge 指令实现缓存清理。在使用 proxy_cache_purge指令时需要遵循如下规则。

指定的缓存区名称要与 proxy_cache_path 指令中出现的缓存区名称一致。
指定的Key值组成规则，要与 proxy_cache_key 指令设置的规则相同。
清理缓存的location编写位置，要在server块中所有location之前，防止其他正则location提前匹配。

根据前文设置得临时缓存配置，修改Nginx的配置文件nginx.conf,在server块中添加以下用于清理缓存的配置。

1  location ~ /purge(/.* ){
2    allow    192.168.78.1;
3   deny     all;
4  proxy_cache_purge cache_one Shost$1$is_args$args;
5  }

第1行,用于以正则方式匹配用户的请求，请求地址符合/purge/URI形式时，就会清理URI对应的缓存文件。
第2-3行用于指定允许清理缓存的客户端，此处表示仅允许IP地址为 192.168.78.1的客户端清理缓存。
第4行通过proxy_cache_purge 指令，指定名称为 cache_one 的缓存区，和待清理缓存文件的Key值组成规则。其中，$1表示location正则表达式中的子模式 "(/.*)" 的匹配结果,对应生成缓存Key时的$uri

4.访问测试

在内容源服务器的网站根目录中，编写测试文件test.html,具体内容如下。




吒吒辉欢迎你!
 吒吒辉欢迎你一起入群交流学习< /body>

然后,在浏览器中访问 curl zhazha.hui.test/test.html(这里是采用本地的云服务器访问，你可自行更换为外网IP)

此时可以看到哈希后生成的缓存文件名称及目录结构。采用tree 命令查看文件目录树，

注：安装 yum -y install tree

最后,在浏览器中访问 test.ng.test/ purge/test.html,清理test.html的缓存文件，如下所示。从图中可以看到当前清理的缓存文件的key值，以及存放缓存文件的路径。

为了验证是否成功清理了缓存文件，在缓存服务器中查看缓存目录，已经没有文件

总结：

缓存代理分为动静两大类，通过它可以减少下游服务网络IO的开销、程序处理时间的消耗等好处。
缓存方式为永久、临时缓存2大类，一般使用临时缓存
缓存有失效时间，如果数据需要及时更新，那需删除原来数据

我命由我不由天

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