玩转 Nginx 之：使用 Lua 扩展 Nginx 功能
1、Nginx 简介
Nginx 作为一款面向性能设计的HTTP服务器，相较于Apache、lighttpd具有占有内存少，稳定性高等优势。其流行度越来越高，应用也越来越广泛，常见的应用有：网页服务器、反向代理服务器以及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，高并发大流量站点常用来做接入层的负载均衡，还有非常常见的用法是作为日志采集服务器等。
Nginx 整体采用模块化设计，有丰富的模块库和第三方模块库，配置灵活。其中模块化设计是nginx的一大卖点，甚至http服务器核心功能也是一个模块。要注意的是：nginx的模块是静态的，添加和删除模块都要对nginx进行重新编译，这一点与Apache的动态模块完全不同。不过后来淘宝做了二次开发开源的 tengine 是支持 官方所有的 HTTP 模块动态加载而不必重新编译 Nginx，除非是第三方模块才需要重新编译。因此，在生产环境中，推荐用淘宝开源的 tengine，本文也以 tengine 作为示例。
虽然 Nginx 有如此强大的性能以及众多的三方模块支持，但每次重新编译以及寻找三方模块对生产环境来说还是不可接受的，幸运的是，Nginx 它是支持客户自己 Lua 脚本编程扩展相应的功能的，而且可以热加载，这就给生产环境带来了无限可能。比如我现在想要直接用Nginx + redis 做反爬虫和频率限制，Nginx + Kafka 做日志的实时流处理等等。
注：lvs 和 nginx 的负载均衡区别：
LVS：Linux Virtual Server，基于IP的负载均衡和反向代理技术，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、在线聊天室等等，LVS工作在4层，在Linux内核中作四层交换，只花128个字节记录一个连接信息，不涉及到文件句柄操作，故没有65535最大文件句柄数的限制。LVS性能很高，可以支持100～400万条并发连接。抗负载能力强、是工作在网络4层之上仅作分发之用，没有流量的产生，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强的，对内存和cpu、IO资源消耗比较低。
Nginx：基于HTTP的负载均衡和反向代理服务器，Nginx工作在网络的7层，所以它可以针对http应用本身来做分流策略，比如针对域名、URL、目录结构等，相比之下LVS并不具备这样的功能，能够很好地支持虚拟主机，可配置性很强，大约能支持3～5万条并发连接。
2、Lua 简介
Lua 是一个简洁、轻量、可扩展的脚本语言，也是号称性能最高的脚本语言，用在很多需要性能的地方，比如：游戏脚本，nginx，wireshark的脚本，当你把他的源码下下来编译后，你会发现解释器居然不到200k，非常变态。。。很多应用程序使用Lua作为自己的嵌入式脚本语言，以此来实现可配置性、可扩展性。
Lua原生支持的数据类型非常之少，它只提供了nil、数字（缺省是双精度浮点数，可配置）、布尔量、字符串、表、子程序、协程（coroutine）以及用户自定义数据这8种。但是其处理表和字符串的效率非常之高，加上元表的支持，开发者可以高效的模拟出需要的复杂数据类型（比如集合、数组等）。Lua是一个动态弱类型语言，支持增量式垃圾收集策略。有内建的，与操作系统无关的协作式多线程（coroutine）支持。它还可以用于嵌入式硬件，不仅可以嵌入其他编程语言，而且可以嵌入微处理器中。
3、nginx执行步骤
nginx在处理每一个用户请求时，都是按照若干个不同的阶段依次处理的，与配置文件上的顺序没有关系，详细内容可以阅读《深入理解nginx:模块开发与架构解析》这本书，这里只做简单介绍；
（1）post-read
读取请求内容阶段，nginx读取并解析完请求头之后就立即开始运行；
（2）server-rewrite
server请求地址重写阶段；
（3）find-config
配置查找阶段，用来完成当前请求与location配重块之间的配对工作；
（4）rewrite
location请求地址重写阶段，当ngx_rewrite指令用于location中，就是再这个阶段运行的；
（5）post-rewrite
请求地址重写提交阶段，当nginx完成rewrite阶段所要求的内部跳转动作，如果rewrite阶段有这个要求的话；
（6）preaccess
访问权限检查准备阶段，ngx_limit_req和ngx_limit_zone在这个阶段运行，ngx_limit_req可以控制请求的访问频率，ngx_limit_zone可以控制访问的并发度；
（7）access
权限检查阶段，ngx_access在这个阶段运行，配置指令多是执行访问控制相关的任务，如检查用户的访问权限，检查用户的来源IP是否合法；
（8）post-access
访问权限检查提交阶段；
（9）try-files
配置项try_files处理阶段；
（10）content
内容产生阶段，是所有请求处理阶段中最为重要的阶段，因为这个阶段的指令通常是用来生成HTTP响应内容的；
（11）log
日志模块处理阶段；
4、ngx_lua 运行指令
ngx_lua属于nginx的一部分，它的执行指令都包含在nginx的11个步骤之中了，相应的处理阶段可以做插入式处理，即可插拔式架构，不过ngx_lua并不是所有阶段都会运行的；另外指令可以在http、server、server if、location、location if几个范围进行配置：
指令 |
所处处理阶段 |
使用范围 |
解释 |
init_by_lua init_by_lua_file |
loading-config |
http |
nginx Master进程加载配置时执行； 通常用于初始化全局配置/预加载Lua模块 |
init_worker_by_lua init_worker_by_lua_file |
starting-worker |
http |
每个Nginx Worker进程启动时调用的计时器，如果Master进程不允许则只会在init_by_lua之后调用； 通常用于定时拉取配置/数据，或者后端服务的健康检查 |
set_by_lua set_by_lua_file |
rewrite |
server,server if,location,location if |
设置nginx变量，可以实现复杂的赋值逻辑；此处是阻塞的，Lua代码要做到非常快； |
rewrite_by_lua rewrite_by_lua_file |
rewrite tail |
http,server,location,location if |
rrewrite阶段处理，可以实现复杂的转发/重定向逻辑； |
access_by_lua access_by_lua_file |
access tail |
http,server,location,location if |
请求访问阶段处理，用于访问控制 |
content_by_lua content_by_lua_file |
content |
location，location if |
内容处理器，接收请求处理并输出响应 |
header_filter_by_lua header_filter_by_lua_file |
output-header-filter |
http，server，location，location if |
设置header和cookie |
body_filter_by_lua body_filter_by_lua_file |
output-body-filter |
http，server，location，location if |
对响应数据进行过滤，比如截断、替换。 |
log_by_lua log_by_lua_file |
log |
http，server，location，location if |
log阶段处理，比如记录访问量/统计平均响应时间 |
关于这部分详细可以参考这篇：
Refer [4] nginx与lua的执行顺序和步骤说明
Refer [5] ngx_lua用例说明
5、安装 tengine 以及 Lua 扩展
（1）先安装Nginx需要的一些类库：
yum install gcc
yum install gcc-c++
（2）编译安装 pcre-8.34 和 zlib-1.2.8，接着安装 Lua 编译库LuaJit-2.0.3：
make PREFIX=/usr/install/luajit
make install PREFIX=/usr/install/luajit
在/etc/profile文件中增加环境变量，并执行source /etc/profile使之生效：
export LUAJIT_LIB=/usr/install/luajit/lib
export LUAJIT_INC=/usr/install/luajit/include/luajit-2.0
（3）下载 ngx_devel_kit 和 lua-nginx-module，最后编译Nginx：
完整的参数可能这样：
nginx -V Tengine version: Tengine/2.1.0 (nginx/1.6.2) built by gcc 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-4) (GCC) TLS SNI support enabled configure arguments: --prefix=/etc/nginx/ --sbin-path=/usr/sbin/nginx --conf-path=/etc/nginx/nginx.conf --error-log-path=/var/log/nginx/error.log --http-log-path=/var/log/nginx/access.log --pid-path=/var/run/nginx.pid --lock-path=/var/run/nginx.lock --http-client-body-temp-path=/var/cache/nginx/client_temp --http-proxy-temp-path=/var/cache/nginx/proxy_temp --http-fastcgi-temp-path=/var/cache/nginx/fastcgi_temp --http-uwsgi-temp-path=/var/cache/nginx/uwsgi_temp --http-scgi-temp-path=/var/cache/nginx/scgi_temp --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module --with-http_realip_module --with-http_addition_module --with-http_sub_module --with-http_dav_module --with-http_flv_module --with-http_mp4_module --with-http_gzip_static_module --with-http_random_index_module --with-http_secure_link_module --with-http_stub_status_module --with-mail --with-mail_ssl_module --with-file-aio --with-ipv6 --with-cc-opt='-O2 -g -m64 -mtune=generic' --with-pcre=../pcre-8.33 --with-zlib=../zlib-1.2.8 --with-openssl=../openssl-1.0.1l
但我这里只是用来测试就精简了不少参数：
./configure --prefix=/opt/soft/nginx --with-pcre=/root/soft/pcre-8.37 --with-zlib=/root/soft/zlib-1.2.8 --with-openssl=/root/soft/openssl-1.0.1p --add-module=/root/soft/lua-nginx-module-master --add-module=/root/soft/ngx_devel_kit-master --prefix=/etc/nginx/ --sbin-path=/usr/sbin/nginx --conf-path=/etc/nginx/nginx.conf --error-log-path=/var/log/nginx/error.log --http-log-path=/var/log/nginx/access.log --pid-path=/var/run/nginx.pid --lock-path=/var/run/nginx.lock --http-client-body-temp-path=/var/cache/nginx/client_temp --http-proxy-temp-path=/var/cache/nginx/proxy_temp --http-fastcgi-temp-path=/var/cache/nginx/fastcgi_temp --http-uwsgi-temp-path=/var/cache/nginx/uwsgi_temp --http-scgi-temp-path=/var/cache/nginx/scgi_temp
（4）make、make install 完成后，更新下系统的动态链接库，做个软链接即可：
ln -s /usr/local/lib/libpcre.so.1 /lib64/libpcre.so.1
ln -s /usr/install/luajit/lib/libluajit-5.1.so.2 /lib46/libluajit-5.1.so.2
（5）启动Nginx sbin/nginx，浏览器输入http://localhost测试
需要注意的是：
（1）--with-pcre=/root/soft/pcre-8.37 --with-zlib=/root/soft/zlib-1.2.8 指向的是源码路径，而非编译后的路径，否则 make 会报：
cd /usr/local/pcre \ && if [ -f Makefile ]; then make distclean; fi \ && CC="gcc" CFLAGS="-O2 -fomit-frame-pointer -pipe " \ ./configure --disable-shared /bin/sh: ./configure: No such file or directory make[1]: *** [/usr/local/pcre/Makefile] Error 127 make[1]: Leaving directory `/software/nginx-0.8.53' make: *** [build] Error 2
因为 ./configure --help 看一下帮助说明：
--with-pcre=DIR set path to PCRE library sources
set path to PCRE library sources 是让你设置到源码目录，而不是编译安装后的目录
（2）pcre、zlib、openssl 一定要单独编译安装，而 lua-nginx-module、ngx_devel_kit 只需要指源码路径给 nginx 一起编译即可，不需要单独编译。
6、一个 Nginx + Lua 测试的例子
user www www;
worker_processes 8;
error_log /opt/data1/logs/nginx/error.log;
pid /var/run/nginx.pid;
worker_rlimit_nofile 800000;
events {
use epoll;
worker_connections 65535;
}
http {
server {
listen 80;
set $idTest "idTest_11111111111" ;
log_format tracklog '$idTest $msec $remote_addr - $remote_user [$time_local] $request '
'"$status" $body_bytes_sent --"$ref1"-- '
'"$http_user_agent"';
log_format LogFormatv1 '$idTest@$msec@$remote_addr@-@$remote_user@[$time_local]@$request@'
'"$status"@$body_bytes_sent@"$http_referer"@'
'"$http_user_agent"';
access_log on;
location ~ /lua/(.*) {
default_type "text/html";
set $ref1 "Hello,Nginx & Lua !";
#设置nginx变量
set $a $1;
set $b $host;
content_by_lua '
--nginx变量
local var = ngx.var
ngx.say("ngx.var.a : ", var.a, "<br/>")
ngx.say("ngx.var.b : ", var.b, "<br/>")
ngx.say("ngx.var[2] : ", var[2], "<br/>")
ngx.var.b = 2;
ngx.say("<br/>")
--请求头
ngx.say(ngx.var.httpRef, "<br/>")
local headers = ngx.req.get_headers()
for k,v in pairs(headers) do
if type(v) == "table" then
ngx.say(k, " : ", table.concat(v, ","), "<br/>")
else
ngx.say(k, " : ", v, "<br/>")
end
end
ngx.say("------------headers end-----------", "<br/><br/><br/>")
--get请求uri参数
ngx.say("uri args begin", "<br/>")
local uri_args = ngx.req.get_uri_args()
for k, v in pairs(uri_args) do
if type(v) == "table" then
ngx.say(k, " : ", table.concat(v, ", "), "<br/>")
else
ngx.say(k, ": ", v, "<br/>")
end
end
ngx.say("uri args end", "<br/>")
ngx.say("a: ",ngx.var.arg_a, "<br/>")
ngx.say("b: ",ngx.var.arg_b, "<br/>")
--未经解码的请求 uri
local request_uri = headers["Host"] .. "/" .. ngx.var.request_uri;
ngx.say("request_uri : ", request_uri, "<br/>");
--解码后的 uri
local decode_request_uri = headers["Host"] .. "/" .. ngx.unescape_uri(ngx.var.request_uri);
ngx.var.ref1 = decode_request_uri;
ngx.say("decode request_uri : ", decode_request_uri, "<br/>");
--MD5
ngx.say("ngx.md5 : ", ngx.md5("123"), "<br/>")
--http time
ngx.say("ngx.http_time : ", ngx.http_time(ngx.time()), "<br/>")
--ngx.var.http_referer = "*********************"
';
access_log /opt/data1/logs/nginx/pc/track/ooxx.com.access.log tracklog;
access_log /opt/data1/logs/nginx/PCv1/track/ooxx.com.access.log LogFormatv1;
}
}
}
需要注意的是线上的 Nginx 可能面对的是高并发场景，对于自己的 Lua 代码最好做个压力测试，比如：
tcpcopy 或者 ab -k -c1 -n100000 'http://test.abc.com/lua/test%20haha/?a=3&b=4'
7、关于 nginx 正则说明
（1）location 匹配语法规则
Nginx location 的正则匹配语法与优先级容易让新同学迷惑。
~ #波浪线表示执行一个正则匹配，区分大小写
~* #表示执行一个正则匹配，不区分大小写
= #进行普通字符精确匹配，与location在配置文件中的顺序无关，= 精确匹配会第一个被处理
@ #"@" 定义一个命名的 location，使用在内部定向时，例如 error_page, try_files
^~ 标识符后面跟一个字符串。表示普通字符匹配，如果该选项匹配，只匹配该选项，不匹配别的选项，Nginx将在这个字符串匹配后停止进行正则表达式的匹配（location指令中正则表达式的匹配的结果优先使用），如：location ^~ /images/，你希望对/images/这个目录进行一些特别的操作，如增加expires头，防盗链等，但是你又想把除了这个目录的图片外的所有图片只进行增加expires头的操作，这个操作可能会用到另外一个location，例如：location ~* \.(gif|jpg|jpeg)$，这样，如果有请求/images/1.jpg，nginx如何决定去进行哪个location中的操作呢？结果取决于标识符^~，如果你这样写：location /images/，这样nginx会将1.jpg匹配到location ~* \.(gif|jpg|jpeg)$这个location中，这并不是你需要的结果，而增加了^~这个标识符后，它在匹配了/images/这个字符串后就停止搜索其它带正则的location。
例如：
location = / {
# 只匹配"/".
[ configuration A ]
}
location / {
# 匹配任何请求，因为所有请求都是以"/"开始
# 但是更长字符匹配或者正则表达式匹配会优先匹配
[ configuration B ]
}
location ^~ /images/ {
# 匹配任何以 /images/ 开始的请求，并停止匹配 其它location
[ configuration C ]
}
location ~* \.(gif|jpg|jpeg)$ {
# 匹配以 gif, jpg, or jpeg结尾的请求.
# 但是所有 /images/ 目录的请求将由 [Configuration C]处理.
[ configuration D ]
}
请求URI例子:
/ -> 符合configuration A
/documents/document.html -> 符合configuration B
/images/1.gif -> 符合configuration C
/documents/1.jpg ->符合 configuration D
= 表示精确的查找地址，如location = /它只会匹配uri为/的请求，如果请求为/index.html，将查找另外的location，而不会匹配这个，当然可以写两个location，location = /和location /，这样/index.html将匹配到后者，如果你的站点对/的请求量较大，可以使用这个方法来加快请求的响应速度。
@ 表示为一个location进行命名，即自定义一个location，这个location不能被外界所访问，只能用于Nginx产生的子请求，主要为error_page和try_files。
（2）location 优先级官方文档
=前缀的指令严格匹配这个查询。如果找到，停止搜索。
所有剩下的常规字符串，最长的匹配。如果这个匹配使用^〜前缀，搜索停止。
正则表达式，在配置文件中定义的顺序。
如果第3条规则产生匹配的话，结果被使用。否则，如同从第2条规则被使用。
（3）正则语法
~ 为区分大小写的匹配。
~* 不区分大小写的匹配（匹配firefox的正则同时匹配FireFox）。
!~ 不匹配的
!~* 不匹配的
. 匹配除换行符以外的任意字符
\w 匹配字母或数字或下划线或汉字
\s 匹配任意的空白符
\d 匹配数字
\b 匹配单词的开始或结束
^ 匹配字符串的开始
$ 匹配字符串的结束
\W 匹配任意不是字母，数字，下划线，汉字的字符
\S 匹配任意不是空白符的字符
\D 匹配任意非数字的字符
\B 匹配不是单词开头或结束的位置
捕获 (exp) 匹配exp,并捕获文本到自动命名的组里
(?<name>exp) 匹配exp,并捕获文本到名称为name的组里，也可以写成(?'name'exp)
(?:exp) 匹配exp,不捕获匹配的文本，也不给此分组分配组号
零宽断言 (?=exp) 匹配exp前面的位置
(?<=exp) 匹配exp后面的位置
(?!exp) 匹配后面跟的不是exp的位置
(?<!exp) 匹配前面不是exp的位置
注释 (?#comment) 这种类型的分组不对正则表达式的处理产生任何影响，用于提供注释让人阅读
Refer：
[1] agentzh 的 Nginx 教程（版本 2015.03.19）
http://openresty.org/download/agentzh-nginx-tutorials-zhcn.html
[2] HttpLuaModule
http://wiki.nginx.org/HttpLuaModule
[3] nginx lua api翻译
http://blog.csdn.net/imlsz/article/details/42915473
[4] nginx与lua的执行顺序和步骤说明
http://www.mrhaoting.com/?p=157
[5] ngx_lua用例说明
http://www.mrhaoting.com/?p=165
[6] 第二章 Nginx+Lua开发入门
http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/2186448
[7] 在Nginx使用Lua扩展功能
http://yikebocai.com/2014/11/generate-seqid-in-nginx-by-lua/
[8] nginx location匹配规则
http://www.nginx.cn/115.html
http://blog.csdn.net/gzh0222/article/details/7845981
[9] 平台服务部署及Web框架
http://weibo.com/p/1001643875679132642345
[10] 我所熟悉的网站负载均衡技术
http://zyan.cc/post/307/
[11] Nginx、LVS及HAProxy负载均衡软件的优缺点详解
http://www.csdn.net/article/2014-07-24/2820837
[12] Nginx 与 Lua 实现一个简单的服务端推方案
http://blogread.cn/it/article/5883?f=wb
[13] 深入 Nginx：我们是如何为性能和规模做设计的
http://blog.jobbole.com/88766/
[14] 本博客 Nginx 配置之性能篇
https://imququ.com/post/my-nginx-conf-for-wpo.html
[15] 系统负载能力浅析
http://www.rowkey.me/blog/2015/09/09/load-analysis/
[16] Nginx学习总结：常用module(二)
http://shift-alt-ctrl.iteye.com/blog/2231359
[16] 为最佳性能调优 Nginx
http://blog.jobbole.com/87531/
[17] Nginx 重写规则指南
http://www.techug.com/85916-2
[18] 跟我学Nginx+Lua开发目录贴
http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/2190344
[19] 第二章 Nginx+Lua开发入门
http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/2186448
[20] Nginx Third party modules
http://wiki.nginx.org/3rdPartyModules
[21] Tengine 新特性介绍
http://tengine.taobao.org/index_cn.html
[22] Nginx开发从入门到精通
http://tengine.taobao.org/book/
[23] Tengine dso动态加载模块
http://www.mylinuxer.com/532.html
[24] Tengine动态模块加载的使用方法
http://www.bkjia.com/Linux/992215.html#top