用OpenResty实现广告缓存的载入与读取

一、需求分析

首页需要展示各种各样的广告数据，以JD为例：

如图，广告大图这种变更频率低的数据，如何提升访问速度呢？

1 数据做成静态页(商品详情页)
2 做缓存(Redis)

二、实现思路

通常情况下，首页的流量一般非常高，不适合直接通过数据库查询数据给用户

可采取如下流程：

1.Lua是什么

https://blog.csdn.net/weixin_43723877/article/details/108608874

2.OpenResty介绍

OpenResty(又称：ngx_openresty) 是一个基于 nginx的可伸缩的 Web 平台，由中国人章亦春发起，提供了很多高质量的第三方模块。
OpenResty 是一个强大的 Web 应用服务器，Web 开发人员可以使用 Lua 脚本语言调动 Nginx 支持的各种 C 以及 Lua 模块,更主要的是在性能方面，OpenResty可以 快速构造出足以胜任 10K 以上并发连接响应的超高性能 Web 应用系统。
360，UPYUN，阿里云，新浪，腾讯网，去哪儿网，酷狗音乐等都是 OpenResty 的深度用户。
OpenResty 简单理解成 就相当于封装了nginx,并且集成了LUA脚本，开发人员只需要简单的其提供了模块就可以实现相关的逻辑，而不再像之前，还需要在nginx中自己编写lua的脚本，再进行调用了。

2.1 安装OpenResty

linux安装openresty:

1.添加仓库执行命令

 yum install yum-utils
 yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo

2.执行安装

yum install openresty

3.安装成功后 会在默认的目录如下：

/usr/local/openresty

2.2 安装nginx

默认已经安装好了nginx,在目录：/usr/local/openresty/nginx 下。

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf,将配置文件使用的根设置为root,目的就是将来要使用lua脚本的时候 ，直接可以加载在root下的lua脚本。

cd /usr/local/openresty/nginx/conf
vi nginx.conf

2.3 测试访问

重启下centos虚拟机，然后访问测试Nginx

三、广告缓存的载入与读取

3.1 流程

3.2 Lua+Nginx配置

（1）查询数据放入到Redis中

实现思路：定义请求：用于查询数据库的数据更新到redis中。

a.连接mysql，按照广告分类id读取广告列表，转换为json字符串。
b.连接redis，将广告列表json字符串存入redis。

定义请求：

请求：
	/update_content
参数：
	id	--指定广告分类的id
返回值：
	json

请求地址：

创建/root/lua/68目录，在该目录下创建update_content.lua： 目的就是连接mysql 查询数据 并存储到redis中。

ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
local cjson = require("cjson")
local mysql = require("resty.mysql")
local uri_args = ngx.req.get_uri_args()
local id = uri_args["id"]

local db = mysql:new()
db:set_timeout(1000)
local props = {
    host = "192.168.5.128",
    port = 3306,
    database = "changgou_content",
    user = "root",
    password = "123456"
}

local res = db:connect(props)
local select_sql = "select url,pic from tb_content where status ='1' and category_id="..id.." order by sort_order"
res = db:query(select_sql)
db:close()

local redis = require("resty.redis")
local red = redis:new()
red:set_timeout(2000)

local ip ="192.168.5.128"
local port = 6379
red:connect(ip,port)
red:set("content_"..id,cjson.encode(res))
red:close()

ngx.say("{flag:true}")

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件： 添加头信息，和 location信息

        location /read_content {
            #使用限流配置
            limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
            content_by_lua_file /root/lua/68/read_content.lua;
        }

定义lua缓存命名空间，修改nginx.conf，添加如下代码即可：

lua_shared_dict dis_cache 128m;

请求可以实现缓存的添加

（2）从redis中获取数据

实现思路：定义请求，用户根据广告分类的ID 获取广告的列表。通过lua脚本直接从redis中获取数据即可。

定义请求：

请求:/read_content
参数：id
返回值：json

在/root/lua/68目录下创建read_content.lua:

--设置响应头类型
ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
--获取请求中的参数ID
local uri_args = ngx.req.get_uri_args();
local id = uri_args["id"];
--引入redis库
local redis = require("resty.redis");
--创建redis对象
local red = redis:new()
--设置超时时间
red:set_timeout(2000)
--连接
local ok, err = red:connect("192.168.5.128", 6379)
--获取key的值
local rescontent=red:get("content_"..id)
--输出到返回响应中
ngx.say(rescontent)
--关闭连接
red:close()

在/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf中配置如下：

代码：

location /read_content {
     content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
}

（3）加入openresty本地缓存

如上的方式没有问题，但是如果请求都到redis，redis压力也很大，所以我们一般采用多级缓存的方式来减少下游系统的服务压力。参考基本思路图的实现。

修改read_content.lua文件，代码如下：

ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
local uri_args = ngx.req.get_uri_args();
local id = uri_args["id"];
--获取本地缓存
local cache_ngx = ngx.shared.dis_cache;
ngx.say(contentCache)
--根据ID 获取本地缓存数据
local contentCache = cache_ngx:get('content_cache_'..id);

if contentCache == "" or contentCache == nil then
    local redis = require("resty.redis");
    local red = redis:new()
    red:set_timeout(2000)
    red:connect("192.168.5.128", 6379)
    local rescontent=red:get("content_"..id);

    if ngx.null == rescontent then
        local cjson = require("cjson");
        local mysql = require("resty.mysql");
        local db = mysql:new();
        db:set_timeout(2000)
        local props = {
            host = "192.168.5.128",
            port = 3306,
            database = "changgou_content",
            user = "root",
            password = "123456"
        }
        local res = db:connect(props);
        local select_sql = "select url,pic from tb_content where status ='1' and category_id="..id.." order by sort_order";
        res = db:query(select_sql);
        local responsejson = cjson.encode(res);
        red:set("content_"..id,responsejson);
        ngx.say(responsejson);
        db:close()
    else
        cache_ngx:set('content_cache_'..id, rescontent, 2*60);
        ngx.say(rescontent)
    end
    red:close()
else
    ngx.say(contentCache)
end

测试地址：http://192.168.5.128/read_content?id=1

3.3 nginx限流

一般情况下，首页的并发量是比较大的，即使 有了多级缓存，当用户不停的刷新页面的时候，也是没有必要的，另外如果有恶意的请求 大量达到，也会对系统造成影响。
而限流就是保护措施之一。

3.3.1 nginx限流的两种方式

• 控制速率
• 控制并发连接数

（1）控制速率

漏桶算法实现控制速率限流

漏桶(Leaky Bucket)算法思路很简单,水(请求)先进入到漏桶里,漏桶以一定的速度出水(接口有响应速率),当水流入速度过大会直接溢出(访问频率超过接口响应速率),然后就拒绝请求,可以看出漏桶算法能强行限制数据的传输速率.示意图如下:

（2）nginx的配置

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf:

user  root root;
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
user  root root;
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #cache
    lua_shared_dict dis_cache 128m;

    #限流设置  binary_remote_addr:根据请求IP进行限流  contentRateLimit：缓存空间名称   10m：缓存空间
    #rate=2r/s:每秒钟允许有2个请求被处理
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=2r/s;

    #根据IP地址来限制，存储内存大小10M
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:1m;
   
    #存储个人请求IP的限流容量
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;
    #整个location对应的请求并发容量配置
    limit_conn_zone $server_name zone=perserver:10m;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;

        location /update_content {
            content_by_lua_file /root/lua/68/update_content.lua;
        }

        location /read_content {
            #使用限流配置
            limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
            content_by_lua_file /root/lua/68/read_content.lua;
        }

        #所有品牌请求
        location /brand {
            #limit_conn addr 2;
            #个人IP限流配置
            limit_conn perip 3;
            #当前location的总并发量配置
            limit_conn perserver 5;
            proxy_pass http://192.168.43.5:18081;
        }
    }
}

配置说明：

binary_remote_addr 是一种key，表示基于 remote_addr(客户端IP) 来做限流，binary_ 的目的是压缩内存占用量。
zone：定义共享内存区来存储访问信息， contentRateLimit:10m 表示一个大小为10M，名字为contentRateLimit的内存区域。1M能存储16000 IP地址的访问信息，10M可以存储16W IP地址访问信息。
rate 用于设置最大访问速率，rate=10r/s 表示每秒最多处理10个请求。Nginx 实际上以毫秒为粒度来跟踪请求信息，因此 10r/s 实际上是限制：每100毫秒处理一个请求。这意味着，自上一个请求处理完后，若后续100毫秒内又有请求到达，将拒绝处理该请求.我们这里设置成2 方便测试。

测试：

重新加载配置文件

cd /usr/local/openresty/nginx/sbin

./nginx -s reload

访问页面：http://192.168.5.128/read_content?id=1 ,连续刷新会直接报错。

（3）处理突发流量

上面例子限制 2r/s，如果有时正常流量突然增大，超出的请求将被拒绝，无法处理突发流量，可以结合 burst 参数使用来解决该问题。

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;
    location /update_content {
        content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
    }
    location /read_content {
        limit_req zone=contentRateLimit burst=4;
        content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
    }
}

burst 译为突发、爆发，表示在超过设定的处理速率后能额外处理的请求数,当 rate=10r/s 时，将1s拆成10份，即每100ms可处理1个请求。

此处，**burst=4 **，若同时有4个请求到达，Nginx 会处理第一个请求，剩余3个请求将放入队列，然后每隔500ms从队列中获取一个请求进行处理。若请求数大于4，将拒绝处理多余的请求，直接返回503.

不过，单独使用 burst 参数并不实用。假设 burst=50 ，rate依然为10r/s，排队中的50个请求虽然每100ms会处理一个，但第50个请求却需要等待 50 * 100ms即 5s，这么长的处理时间自然难以接受。

因此，burst 往往结合 nodelay 一起使用。

例如：如下配置：

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;
    location /update_content {
        content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
    }
    location /read_content {
        limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
        content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
    }
}

如上表示：

平均每秒允许不超过2个请求，突发不超过4个请求，并且处理突发4个请求的时候，没有延迟，等到完成之后，按照正常的速率处理。

如上两种配置结合就达到了速率稳定，但突然流量也能正常处理的效果。完整配置代码如下：

user  root root;
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #cache
    lua_shared_dict dis_cache 128m;

    #限流设置
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=2r/s;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;

        location /update_content {
            content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
        }

        location /read_content {
            limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
            content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
        }
    }
}

测试：在1秒钟之内可以刷新4次，正常处理。但是超过之后，连续刷新5次，抛出异常。

（2）控制并发连接数
ngx_http_limit_conn_module 提供了限制连接数的能力。主要是利用limit_conn_zone和limit_conn两个指令。

利用连接数限制 某一个用户的ip连接的数量来控制流量。

注意：并非所有连接都被计算在内 只有当服务器正在处理请求并且已经读取了整个请求头时，才会计算有效连接。此处忽略测试。

配置语法：

Syntax:	limit_conn zone number;
Default: —;
Context: http, server, location;

(1)配置限制固定连接数

如下，配置如下：

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #cache
    lua_shared_dict dis_cache 128m;

    #限流设置
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=contentRateLimit:10m rate=2r/s;

    #根据IP地址来限制，存储内存大小10M
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:1m;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        #所有以brand开始的请求，访问本地changgou-service-goods微服务
        location /brand {
            limit_conn addr 2;
            proxy_pass http://192.168.5.128:18081;
        }

        location /update_content {
            content_by_lua_file /root/lua/update_content.lua;
        }

        location /read_content {
            limit_req zone=contentRateLimit burst=4 nodelay;
            content_by_lua_file /root/lua/read_content.lua;
        }
    }
}

表示：

limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;  表示限制根据用户的IP地址来显示，设置存储地址为的内存大小10M

limit_conn addr 2;   表示 同一个地址只允许连接2次。

测试：

此时开3个线程，测试的时候会发生异常，开2个就不会有异常

(2)限制每个客户端IP与服务器的连接数，同时限制与虚拟服务器的连接总数。

如下配置：

limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;
limit_conn_zone $server_name zone=perserver:10m; 
server {  
    listen       80;
    server_name  localhost;
    charset utf-8;
    location / {
        limit_conn perip 10;#单个客户端ip与服务器的连接数．
        limit_conn perserver 100; ＃限制与服务器的总连接数
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }
}