【Nginx】缓存集成

缓存的概念

缓存就是数据交换的缓冲区(称作:Cache),当用户要获取数据的时候，会先从缓存中去查询获取数据，如果缓存中有就会直接返回给用户，如果缓存中没有，则会发请求从服务器重新查询数据，将数据返回给用户的同时将数据放入缓存，下次用户就会直接从缓存中获取数据。

缓存其实在很多场景中都有用到，比如：

场景	作用
操作系统磁盘缓存	减少磁盘机械操作
数据库缓存	减少文件系统的IO操作
应用程序缓存	减少对数据库的查询
Web服务器缓存	减少对应用服务器请求次数
浏览器缓存	减少与后台的交互次数

缓存的优点

​ 1.减少数据传输，节省网络流量，加快响应速度，提升用户体验；

​ 2.减轻服务器压力；

​ 3.提供服务端的高可用性；

缓存的缺点

​ 1.数据的不一致

​ 2.增加成本

Nginx作为Web缓存服务器，它介于客户端和应用服务器之间，当用户通过浏览器访问一个URL时，web缓存服务器会去应用服务器获取要展示给用户的内容，将内容缓存到自己的服务器上，当下一次请求到来时，如果访问的是同一个URL，web缓存服务器就会直接将之前缓存的内容返回给客户端，而不是向应用服务器再次发送请求。web缓存降低了应用服务器、数据库的负载，减少了网络延迟，提高了用户访问的响应速度，增强了用户的体验。

Nginx的web缓存服务

Nginx是从0.7.48版开始提供缓存功能。Nginx是基于Proxy Store来实现的web缓存服务，其原理是把URL及相关组合当做Key,在使用MD5算法对Key进行哈希，得到硬盘上对应的哈希目录路径，从而将缓存内容保存在该目录中。它可以支持任意URL连接，同时也支持404/301/302这样的非200状态码。Nginx既可以支持对指定URL或者状态码设置过期时间，也可以使用purge命令来手动清除指定URL的缓存。

什么是Proxy Store？

Proxy Store是Nginx提供的一个高级缓存功能。它的原理如下:

1. Proxy Store将缓存键(key)和缓存值(value)分开存储。键存储在内存中,值存储在磁盘上。这样可以存储更多、更大的缓存值,同时保持高性能。
2. 键(key)由 variables(如$scheme、$host等)和缓存键模板(proxy_store_key)生成。如:
   proxy_store_key “$scheme$proxy_host$uri”;
   这个模板会根据请求生成键如:“httpswww.example.com/foo”。
3. 值(value)存储在磁盘上的缓存路径(proxy_store_path)中,文件名也由键生成。如上例的键会生成文件名"httpswww.example.com/foo"。
4. 当有请求进来,Nginx先根据模板和变量生成键,在内存中查找该键,如果找到(缓存命中)则直接从磁盘上读取对应的缓存值文件名的文件响应客户端。
5. 如果没找到(缓存未命中),则转发请求到后端服务器,得到响应后写入磁盘,同时在内存中记录该键,implement会话完成。
6. Proxy Store相比基本缓存,可以存储更大体积(几GB)的缓存,但是查找速度会略慢些(需IO读取磁盘)。所以 Proxy Store适合响应体较大的请求。
7. Proxy Store可以和基本缓存一起工作。Nginx会先查基本缓存,如果没命中则再查Proxy Store。这样可以在最大限度利用缓存的同时获取高性能。

所以总体来说,Proxy Store通过将键和值分开存储,既实现了较大容量的缓存存储,又能获得较高的性能,是Nginx缓存功能的一个很好补充。

Nginx缓存设置的相关指令

Nginx的web缓存服务主要是使用ngx_http_proxy_module模块相关指令集来完成，接下来我们把常用的指令来进行介绍下。

proxy_cache_path

该指定用于设置缓存文件的存放路径

语法	proxy_cache_path path [levels=number] keys_zone=zone_name:zone_size [inactive=time][max_size=size];
默认值	—
位置	http

path:缓存路径地址,如：

/usr/local/proxy_cache

levels: 指定该缓存空间对应的目录，最多可以设置3层，每层取值为1|2如 :

levels=1:2   缓存空间有两层目录，第一次是1个字母，第二次是2个字母
举例说明:
itheima[key]通过MD5加密以后的值为 43c8233266edce38c2c9af0694e2107d
levels=1:2   最终的存储路径为/usr/local/proxy_cache/d/07
levels=2:1:2 最终的存储路径为/usr/local/proxy_cache/7d/0/21
levels=2:2:2 最终的存储路径为??/usr/local/proxy_cache/7d/10/e2

keys_zone:用来为这个缓存区设置名称和指定大小，如：

keys_zone=itcast:200m  缓存区的名称是itcast,大小为200M,1M大概能存储8000个keys

inactive:指定缓存的数据在指定时间未被访问就将被删除，如：

inactive=1d   缓存数据在1天内没有被访问就会被删除

max_size:设置最大缓存空间，如果缓存空间存满，默认会覆盖缓存时间最长的资源，如:

max_size=20g

配置实例:

http{
	proxy_cache_path /usr/local/proxy_cache keys_zone=itcast:200m  levels=1:2:1 inactive=1d max_size=20g;
}

proxy_cache

该指令用来开启或关闭代理缓存，如果是开启则自定使用哪个缓存区来进行缓存。

语法	proxy_cache zone_name|off;
默认值	proxy_cache off;
位置	http、server、location

zone_name：指定使用缓存区的名称

proxy_cache_key

该指令用来设置web缓存的key值，Nginx会根据key值MD5哈希存缓存。

语法	proxy_cache_key key;
默认值	proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;
位置	http、server、location

proxy_cache_valid

该指令用来对不同返回状态码的URL设置不同的缓存时间

语法	proxy_cache_valid [code …] time;
默认值	—
位置	http、server、location

如：

proxy_cache_valid 200 302 10m;
proxy_cache_valid 404 1m;
为200和302的响应URL设置10分钟缓存，为404的响应URL设置1分钟缓存
proxy_cache_valid any 1m;
对所有响应状态码的URL都设置1分钟缓存

proxy_cache_min_uses

该指令用来设置资源被访问多少次后被缓存

语法	proxy_cache_min_uses number;
默认值	proxy_cache_min_uses 1;
位置	http、server、location

proxy_cache_methods

该指令用来设置缓存哪些HTTP方法

语法	proxy_cache_methods GET|HEAD|POST;
默认值	proxy_cache_methods GET HEAD;
位置	http、server、location

默认缓存HTTP的GET和HEAD方法，不缓存POST方法。

Nginx缓存设置案例

需求分析

步骤实现

1.环境准备

应用服务器的环境准备

（1）在192.168.200.146服务器上的tomcat的webapps下面添加一个js目录，并在js目录中添加一个jquery.js文件

（2）启动tomcat

（3）访问测试

http://192.168.200.146:8080/js/jquery.js

Nginx的环境准备

（1）完成Nginx反向代理配置

http{
	upstream backend{
		server 192.168.200.146:8080;
	}
	server {
		listen       8080;
        server_name  localhost;
        location / {
        	proxy_pass http://backend/js/;
        }
	}
}

（2）完成Nginx缓存配置

4.添加缓存配置

http{
	proxy_cache_path /usr/local/proxy_cache levels=2:1 keys_zone=itcast:200m inactive=1d max_size=20g;
	upstream backend{
		server 192.168.200.146:8080;
	}
	server {
		listen       8080;
        server_name  localhost;
        location / {
        	proxy_cache itcast;
            proxy_cache_key itheima;
            proxy_cache_min_uses 5;
            proxy_cache_valid 200 5d;
            proxy_cache_valid 404 30s;
            proxy_cache_valid any 1m;
            add_header nginx-cache "$upstream_cache_status";
        	proxy_pass http://backend/js/;
        }
	}
}

Nginx缓存的清除

方式一:删除对应的缓存目录

rm -rf /usr/local/proxy_cache/......

方式二:使用第三方扩展模块

ngx_cache_purge

（1）下载ngx_cache_purge模块对应的资源包，并上传到服务器上。

ngx_cache_purge-2.3.tar.gz

（2）对资源文件进行解压缩

tar -zxf ngx_cache_purge-2.3.tar.gz

（3）修改文件夹名称，方便后期配置

mv ngx_cache_purge-2.3 purge

（4）查询Nginx的配置参数

nginx -V

（5）进入Nginx的安装目录，使用./configure进行参数配置

./configure --add-module=/root/nginx/module/purge

（6）使用make进行编译

make

（7）将nginx安装目录的nginx二级制可执行文件备份

mv /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/nginx/sbin/nginxold

（8）将编译后的objs中的nginx拷贝到nginx的sbin目录下

cp objs/nginx /usr/local/nginx/sbin

（9）使用make进行升级

make upgrade

（10）在nginx配置文件中进行如下配置

server{
	location ~/purge(/.*) {
		proxy_cache_purge itcast itheima;
	}
}

Nginx设置资源不缓存

前面咱们已经完成了Nginx作为web缓存服务器的使用。但是我们得思考一个问题就是不是所有的数据都适合进行缓存。比如说对于一些经常发生变化的数据。如果进行缓存的话，就很容易出现用户访问到的数据不是服务器真实的数据。所以对于这些资源我们在缓存的过程中就需要进行过滤，不进行缓存。

Nginx也提供了这块的功能设置，需要使用到如下两个指令

proxy_no_cache

该指令是用来定义不将数据进行缓存的条件。

语法	proxy_no_cache string …;
默认值	—
位置	http、server、location

配置实例

proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;

proxy_cache_bypass

该指令是用来设置不从缓存中获取数据的条件。

语法	proxy_cache_bypass string …;
默认值	—
位置	http、server、location

配置实例

proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;

上述两个指令都有一个指定的条件，这个条件可以是多个，并且多个条件中至少有一个不为空且不等于"0",则条件满足成立。上面给的配置实例是从官方网站获取的，里面使用到了三个变量，分别是$cookie_nocache、$arg_nocache、$arg_comment

这三个参数分别代表的含义是:

$cookie_nocache
指的是当前请求的cookie中键的名称为nocache对应的值
$arg_nocache和$arg_comment
指的是当前请求的参数中属性名为nocache和comment对应的属性值

案例演示下:

log_format params $cookie_nocache | $arg_nocache | $arg_comment；
server{
	listen	8081;
	server_name localhost;
	location /{
		access_log logs/access_params.log params;
		add_header Set-Cookie 'nocache=999';
		root html;
		index index.html;
	}
}

案例实现

设置不缓存资源的配置方案

server{
	listen	8080;
	server_name localhost;
	location / {
		if ($request_uri ~ /.*\.js$){
           set $nocache 1;
        }
		proxy_no_cache $nocache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
        proxy_cache_bypass $nocache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
	}
}