如何使用 Nginx 作爲開發代理工具？

簡介

Nginx 是一個高性能的 HTTP 服務器，也可以當作電子郵件代理服務器；其特點是佔有內存少，併發能力強且非常穩定，並且有着豐富的模塊庫，配置靈活簡單；因爲上述特點，現在 Nginx 幾乎已經是互聯網系統中不可或缺的一部分；

性能天花板

Nginx 作爲一個 web 服務器，差不多可以稱爲 “性能天花板” 了，在做一些優化之後，Nginx 甚至能做到 “單機百萬 QPS” 的表現；因爲這逆天的性能表現，國內的互聯網大廠基本都會使用 Nginx 作爲自己的網關，直接承載所有的線上流量；那 Nginx 爲什麼能擁有這麼 🐂🍺 的性能呢？

架構設計

因爲散熱的原因，CPU 的頻率已經十多年沒有增長了（下圖綠色部分），而 CPU 的頻率就決定了它的指令執行速度；

CPU 廠商對這一問題的解決方案是橫向的往多核方向發展，這就意味着所有的單進程、單線程的軟件性能都將無法從 CPU 升級上獲得提升，想提升服務器的 QPS，就必須充分使用 CPU 的多個核，那應該如何有效利用 CPU 多核的特性呢？

線程是 CPU 調度的最小單位，支持多線程的軟件就可以同時使用 CPU 多個核的算力，進程是比線程更大的粒度，所以支持多進程也可以，Nginx 就採用了多進程的架構；Nginx 中主要包含下面幾種進程：

master 進程：負責讀取配置、綁定端口、創建子進程；
worker 進程：負責大多數的邏輯，比如，處理網絡請求、讀寫磁盤、和其他服務通信等；
cache manager、cache loader：緩存相關邏輯；

Nginx 服務器啓動後，會生成一個 master 進程，master 線程在完成自己的工作後就開始創建 worker 進程，隨後進入 sleep 的狀態，不佔用過多的計算資源；

worker 進程是實際處理用戶請求的進程，又因爲 Nginx 採用事件驅動的非阻塞 I/O 架構設計，併發數高的時候 worker 進程將會一直保持 running 的狀態，理論上一個 worker 就能喫掉一整個 CPU 核心的算力，所以默認情況下 nginx 會根據系統的 CPU 核心數來創建 worker 進程，有幾個核就創建幾個 worker 進程；

那多個 worker 進程是怎麼監聽同一個端口的？大家本地啓動開發服務器的時候應該遇到過端口被佔用的報錯；master 進程監聽了 80、443 端口，worker 進程屬於 master 的子進程，在 linux 中子進程將默認繼承父進程監聽的端口；

使用 master/worker 除了能充分利用 CPU 多核的算力之外，還帶來了一些其他諸如 “熱升級” 的好處；

榨乾 CPU 算力

雖然說架構設計很重要，但光架構設計還不足以讓 Nginx 有這麼強大的性能；Nginx 還通過其他各種手段榨乾 CPU 的算力，搶佔服務器上其他應用的計算資源；比如：

上面說的高併發時 Nginx 的 worker 進程會一直保持 running 的狀態，搶佔 CPU 的算力，但 Linux 作爲分時操作系統，會將 CPU 的執行時間分爲許多碎片，交由所有進程輪番執行。這些時間片有長有短，從 5 毫秒到 800 毫秒不等，內核分配其長短時，會依據進程的靜態優先級來分配。沒錯，Nginx 爲了讓 worker 進程能分到更長的時間片，會增加 worker 進程的靜態優先級，讓它能夠搶佔到更多的 CPU 計算時間；

想做到高性能，必須同時擁有 “好架構” ➕ “好的細節處理”；

使用入門

Nginx 的配置系統由一個主配置文件和其他一些輔助的配置文件構成。這些配置文件均是純文本文件，全部位於 Nginx 安裝目錄下的 conf 目錄下。

配置文件中以 # 開始的行，或者是前面有若干空格或者 TAB，然後再跟 # 的行，都被認爲是註釋；

配置文件中可以包含若干配置項，每個配置項由 “配置指令” 和 “指令參數” 2 個部分構成，並以 ; 結尾，指令參數也就是配置指令對應的配置值。舉個例子：

# 這一行是註釋，下一行中的 error_page 爲 “配置指令”，其後跟着的是對應的 “指令參數”
error_page   500 502 503 504  /50x.html;

配置指令

配置指令分爲兩種：

簡單配置指令：指令的參數全部由簡單字符串構成，不包含複合配置塊，上述的 “error_page” 即爲簡單配置項；
複雜配置指令：包含複合配置塊，複合配置塊是由 {} 括起來的一堆指令，其中可能包含一個或多個簡單配置指令和複雜配置指令，例如：

events {
    worker_connections   1024;
}

指令參數

指令的參數使用一個或者多個空格或者 TAB 字符與指令分開，由一個或者多個 TOKEN 字符串組成，TOKEN 字符串之間由空格或者 TAB 鍵分隔開來；

指令上下文

複雜配置指令中的 http、location、server、mail 會產生指令上下文，指令上下文存在嵌套關係，比如：

# main 上下文
user  nginx;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log  info;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    server {
        listen          80;
        server_name     www.example.com;
        location / {
            index index.html;
        }
    }
}

mail {
    auth_http  127.0.0.1:80/auth.php;
    pop3_capabilities  "TOP"  "USER";
    imap_capabilities  "IMAP4rev1"  "UIDPLUS";

    server {
        listen     110;
        protocol   pop3;
        proxy      on;
    }
}

main 上下文主要用來配置與具體的業務（http 或者郵件）無關的邏輯，比如例子中的：

error_log 配置錯誤日誌路徑；
worker_processes worker 進程數；
user 指定可以運行 Nginx 服務的用戶和用戶組；
events 配置 Nginx 服務器與用戶的網絡連接，比如上述 worker_connections 用來配置 worker 進程可以同時支持的最大連接數；

main 上下文中還包含了 http 指令，http 是 Nginx 服務器配置中最重要的部分，代理、緩存等絕大多數功能和第三方模塊的配置都可以放到這個模塊中來；mail 可用來定義電子郵件代理服務器相關的配置；

常見指令

include

從其他文件引入配置，可用來對複雜的 Nginx 配置做拆分；

# main 上下文
user  nginx;
worker_processes  1;
error_log  logs/error.log  info;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    server {
        listen          80;
        server_name     www.example.com;
        location / {
            index index.html;
        }
    }
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

server

server 塊用來配置 “虛擬服務器” ，每一個 server 塊都相當於一臺 “虛擬服務器”，“虛擬服務器” 是一個與實體服務器相對應的概念，將一臺實體服務器進行劃分，對外表現爲多個服務器，可以充分利用服務器的硬件資源，並且可以不用爲每一個要運行的網站提供單獨的 Nginx 服務器；

server {
    listen 80;
    server_name a.com;

    location / {
        proxy_pass https://www.baidu.com;
    }
}
server {
    listen 80;
    server_name b.com;

    location / {
        proxy_pass https://www.google.com;
    }
}

server 中最重要的兩條指令爲 listen 和 server_name ，這兩條指令共同決定了一個請求究竟會打到哪一個 “虛擬服務器中”；

listen

用來配置 “虛擬服務器” 監聽的 ip 和 port，只能配置在 server 塊中，具體語法：

# 只監聽來自 127.0.0.1 這個 IP，請求 8000 端口的請求
listen 127.0.0.1:8000;
# 只監聽來自 127.0.0.1 這個IP，請求 80端 口的請求（不指定端口，默認80）
listen 127.0.0.1;
# 監聽來自所有 IP，請求 8000 端口的請求
listen 8000;
# 監聽 80 端口的請求，且如果沒有其他 server_name 能匹配上的話將會默認匹配該 server
listen 80 default_server;

server_name

用來配置 “虛擬服務器” 的網址，只能配置在 server 塊中，具體語法：

server_name    myserver.com    www.myserver.com;
# 還可以使用通配符 *
server_name    myserver.*    *.myserver.com;
# 還可以使用正則
server_name    ~^(?<www>.+).example.org$;

存在通配符以及正則的話，則存在多個 server_name 被同時匹配上的可能，當有多個匹配上的話，會按照下面的優先級來決定請求打到哪一個 “虛擬服務器”：

準確匹配的 server_name；
通配符在開始時匹配的 server_name；
通配符在結尾時匹配的 server_name；
正則表達式匹配的 server_name；
locatioin

server 中使用 listen 和 server_name 來區分 “虛擬服務器”，location 指令則讓 server 可以非常靈活的處理請求；

location 的語法結構：

location [ = | ~ | ~* | ^~ ] uri {
    ...
}

location 有五種匹配方式：

| 空 | location 後沒有參數直接跟着 標準 URI，表示前綴匹配，代表跟請求中的 URI 從頭開始匹配； | | --- | --- | | = | 用於標準 URI 前，要求請求字符串與其精準匹配，成功則立即處理，nginx 停止搜索其他匹配。 | | ^~ | 用於標準 URI 前，並要求一旦匹配到就會立即處理，不再去匹配其他的那些個正則 URI，一般用來匹配目錄 | | ~ | 用於正則 URI 前，表示 URI 包含正則表達式，區分大小寫 | | ~* | 用於**正則 URI** 前，表示 URI 包含正則表達式，不區分大小寫 |

Nginx 中不會直接按照 location 出現的先後順序進行匹配，而是按照下面的規則進行匹配：

先精準匹配 = ，精準匹配成功則會立即停止其他類型匹配；
沒有精準匹配成功時，進行前綴匹配。先查找帶有 ^~ 的前綴匹配，帶有 ^~ 的前綴匹配成功則立即停止其他類型匹配，普通前綴匹配（不帶參數 ^~ ）成功則會暫存，繼續查找正則匹配；
= 和 ^~ 均未匹配成功前提下，查找正則匹配 ~ 和 ~* 。當同時有多個正則匹配時，按其在配置文件中出現的先後順序優先匹配，命中則立即停止其他類型匹配；
所有正則匹配均未成功時，返回步驟 2 中暫存的普通前綴匹配（不帶參數 ^~ ）結果；
所有匹配都不命中時，默認進入 / ；
rewrite 和 proxy_pass

rewrite 可以出現在 server、location、if 塊中，用來改寫請求地址，具體的語法如下：

rewrite regex replacement [last|break|redirect|permanent];

proxy_pass 只能出現在 location、if 塊中，用來將請求轉發至對應的服務，具體語法如下：

proxy_pass uri;

舉個例子：

server {
    rewrite /a.html /b.html break;
    return 200 'ok';
    
    location /a.html {
        return 200 'a.html';
    }
    
    location /b.html {
        return 200 'b.html';
    }
    
    location /c.html {
        proxy_pass http://www.google.com;
    }
}

使用場景

域名 -> 域名

將某一個域名的請求在本地攔截之後，轉發到 nginx 中，nginx 將請求轉發到其他域名；

server {
    listen 80;
    server_name www.baidu.com;
    location / {
        proxy_pass http://www.google.com;
    }
}

域名 -> 本地 ip

將某一個域名的請求攔截之後，轉到到 nginx 中，nginx 將對應的請求打到本地的其他 ip；

server {
    listen 80;
    server_name www.baidu.com;
    location / {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8001;
    }
}

路徑 -> 域名

根據不同路徑將請求轉發至不同的域名；

server {
    listen 80;
    server_name www.baidu.com;
    
    location ^~ /to_google {
        proxy_http_version 1.1;
        rewrite .* /;
        proxy_pass http://google.com/;
    }
}

接口跨域

解決前端本地開發環境調用線上接口時跨域的問題；

server {
    listen 80;
    
    location ^~ /api {
        proxy_pass http://example.com;
        
        add_header Access-Control-Allow-Methods *;
        add_header Access-Control-Max-Age 3600;
        add_header Access-Control-Allow-Credentials true;
        add_header Access-Control-Allow-Origin $http_origin;

        if ($request_method = OPTIONS){
            return 200;
        }
    }
}

小結

Nginx 因爲其優秀的架構設計和極致的細節處理，才擁有了現在這麼強悍的性能，兩者缺一不可；
Nginx 有一套自己設計的指令式配置語法，跟傳統的編程語言不同，學習成本不高，感興趣的同學可以學習一下。

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/TbKsZ9loS93vl5ojKK6N6g

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