Nginx 基本应用

1. Nginx 介绍

Nginx 是一款开源的、跨平台的、高性能的 Web 服务器、反向代理服务器以及负载均衡器。它因其轻量级、稳定性和高并发处理能力，在全球范围内得到了广泛应用。Nginx作为当今火爆的、高性能的http及反向代理服务，不管前端还是后端，都需要去全面了解、学习和实操。

下载地址：https://nginx.org/en/download.html

为了有一个全面的认知，接下来我们先来看看 Nginx 的架构以及一些特点：

• 处理请求响应快（异步非阻塞I/O，零拷贝，mmap，缓存机制）
• 扩展性好（模块化设计）
• 内存消耗低（异步非阻塞，多阶段处理）
• 具有很高的可靠性（无数次的生产验证，很多头部公司都在用）
• 热部署
• 高并发连接（事件驱动模型，多进程机制）
• 自由的BSD许可协议（可以自己修改代码后发布，包容性极强）

2. Nginx 模块组成

Nginx服务由N多个模块组成，每个模块就是一个功能，每个模块只负责自身的功能，所以说对于“高内聚，低耦合”的编程规则，在Nginx身上可谓体现的淋漓尽致。

• 核心模块：是Nginx 服务器正常运行必不可少的模块，提供错误日志记录、配置文件解析、事件驱动机制、进程管理等核心功能。
• 标准HTTP模块：提供 HTTP 协议解析相关的功能，如：端口配置、网页编码设置、HTTP 响应头设置等。
• 可选HTTP模块：主要用于扩展标准的 HTTP 功能，让Nginx能处理一些特殊的服务，如：Flash 多媒体传输、解析 GeoIP 请求、SSL 支持等。
• 邮件服务模块：主要用于支持 Nginx 的邮件服务，包括对 POP3 协议、IMAP 协议和 SMTP 协议的支持。
• 第三方模块：是为了扩展 Nginx 服务器应用，完成开发者自定义功能，如：Json 支持、Lua 支持等。

3. 目录及配置文件解读

3.1 nginx.conf 配置文件

nginx.conf 这个文件是 nginx 的核心配置文件，内容由三部分组成，分别为全局块、events块和http块，格式如下：

全局模块
event模块
http模块
    upstream模块
    
    server模块
        location块
        location块
        ...
    server模块
        location块
        location块
        ...
    ...

各模块的功能作用如下描述：

• 全局模块：配置影响nginx全局的指令，比如运行nginx的用户名，nginx进程pid存放路径，日志存放路径，配置文件引入，worker进程数等。
• events块：配置影响nginx服务器或与用户的网络连接。比如每个进程的最大连接数，选取哪种事件驱动模型（select/poll epoll或者是其他等等nginx支持的）来处理连接请求，是否允许同时接受多个网络连接，开启多个网络连接序列化等。
• http块：可以嵌套多个server、配置代理、缓存、日志格式定义等绝大多数功能和第三方模块的配置。如：文件引入、mime-type定义、日志自定义、是否使用sendfile传输文件、连接超时时间、单连接请求数等。
• server块：配置虚拟主机的相关参数，比如域名、端口等等，一个http中可以有多个server。
• location块：配置url路由规则。
• upstream块：配置上游服务器的地址以及负载均衡策略和重试策略等等。

Nginx 的配置很灵活，支持include配置文件，如果我们的域名都配置到nginx.conf，这个文件就会比较乱，影响管理和阅读，所以直接拆分出来，分成不同的配置文件。

这种方式的好处是：我们可以编辑主配置文件 nginx.conf 来修改Nginx的全局配置，也可以在 conf.d 目录中创建新的配置文件为不同的虚拟主机或网站定义不同的配置。

即在主配置文件nginx.conf文件中增加：include conf.d/*.conf，此处的 * 号可以一次性添加conf.d文件夹中的全部配置。

3.2 location 路由匹配规则

Nginx根据用户请求的URI来匹配对应的location模块，匹配到哪个location，请求将被哪个location块中的配置项所处理。
location语法格式：

location [修饰符] URI {
    ...
}

常见匹配规则如下：

以上规则简单总结就是优先级从高到低依次为（序号越小优先级越高）：

1. location = # 精准匹配
2. location ^~ # 带参前缀匹配
3. location ~ # 正则匹配（区分大小写）
4. location ~* # 正则匹配（不区分大小写）
5. location /a # 普通前缀匹配，优先级低于带参数前缀匹配
6. location / # 任何没有匹配成功的，都会匹配到这里处理

3.2.1 前缀匹配（无修饰符）

这种方式最常用：

location /api/{
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_pass http://localhost:10081/;
}

3.2.2 前缀匹配（^~）

^~ 表示 uri 以某个字符串开头：

location ^~ /aaa/ {
    default_type text/plain;
    return 200 "hello";
}
#curl http://127.0.0.1:10080/aaa/bbb

3.2.3 正则匹配（~ 区分大小写）

location  ~ ^/document$ {
    default_type text/plain;
    return 200 "hello";
}
#curl http://127.0.0.1:10080/document

3.2.4 正则匹配（~* 不区分大小写）

location  ~* ^/document$ {
    default_type text/plain;
    return 200 "hello";
}

#curl http://127.0.0.1:10080/document
#curl http://127.0.0.1:10080/DOCUMENT

3.2.5 通用匹配（ / ）

通用匹配使用一个 / 表示，可以匹配所有请求，一般nginx配置文件最后都会有一个通用匹配规则，当其他匹配规则均失效时，请求会被路由给通用匹配规则处理，如果没有配置通用匹配，并且其他所有匹配规则均失效时，nginx会返回404错误。

location / {
    root   html;
    index  index.html index.htm;
}

4. Nginx 常见应用场景

• Web 服务器
• 反向代理
• 负载均衡
• HTTPS 配置
• 缓存
• 限流
• 压缩
• 黑/白名单
• 动静分离
• 防盗链

4.1 Web服务器

Nginx可以作为一个轻量级的Web服务器，处理和响应HTTP请求。它支持静态文件的快速传输，并且能够处理大量的并发连接。
Web服务器配置：

server {
    listen       10080;
    server_name  localhost;

    # 配置根目录以及默认页面
    location / {
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }
}

4.2 反向代理

使用一台代理服务器（下图中的深色服务器）对底层的应用服务器（下图中的浅色服务器）进行代理。将他们的地址信息对客户端屏蔽，客户端只需要访问代理服务器即可，代理服务器会将请求转发给底层的真正起作用的应用服务器。但在客户端眼里，服务器只有唯一的一台，就是代理服务器。

反向代理 代理的是服务器，正向代理是代理的客户端。

反向代理配置：

http {
	server {
	    listen 10080;
	    server_name www.a1.com;
	    location / {
		proxy_pass http://127.0.0.1:10081;
	    }
	}
	
	server {
	    listen 10080;
	    server_name www.a2.com;
	    location / {
		proxy_pass http://127.0.0.1:10082;
	    }
	}
}

4.3 负载均衡

Nginx可以将客户端请求分发到多个后端服务器上，实现负载均衡。它可以根据不同的策略（如轮询、IP哈希、最少连接数等）将请求分发到不同的服务器上，以达到优化资源利用和提高系统性能的目的。

例如：把 www.a3.com 均衡到本机不同的端口，也可以均衡到不同的地址上。

负载均衡配置：

http {
	upstream myserver {
            #ip_hash;
            server 127.0.0.1:10081 weight=3;
            server 127.0.0.1:10082;
	}
	
	server {
     	    listen 10080;
     	    server_name www.a3.com;
     	    location / {
        	proxy_pass http://myserver;
     	    }
    }
}

4.3.1 Nginx 常用的负载策略

4.4 HTTPS 配置

Nginx可以作为SSL/TLS终端代理，对外提供HTTPS服务。它可以负责SSL/TLS握手、证书验证等操作，将加密的请求转发到后端服务器，减轻后端服务器的压力。

HTTPS 配置：

server {
    listen       10443 ssl;
    server_name  localhost;

    ssl_certificate      cert/test.pem;
    ssl_certificate_key  cert/test.key;

    location / {
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }
}

4.5 缓存

Nginx代理缓存可以在某些场景下有效的减少服务器压力，让请求快速响应，从而提升用户体验和服务性能。

配置文件：

http{
    ...
    # 指定缓存存放目录为/usr/local/nginx/test/nginx_cache_storage，并设置缓存名称为mycache，大小为64m， 1天未被访问过的缓存将自动清除，磁盘中缓存的最大容量为1gb
    proxy_cache_path /usr/local/nginx/test/nginx_cache_storage levels=1:2 keys_zone=mycache:64m inactive=1d max_size=1g;
    ...
    
    server{
        ...
        #  指定 username 参数中只要有字母 就不走nginx缓存  
        if ($arg_username ~ [a-z]) {
             set $cache_name "no cache";
        }
        
        location  /interface {
             proxy_pass http://myserver/;
             # 使用名为 mycache 的缓存空间
             proxy_cache mycache;
             # 对于200 206 状态码的数据缓存2分钟
             proxy_cache_valid 200 206 1m;
             # 定义生成缓存键的规则（请求的url+参数作为缓存key）
             proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;
             # 资源至少被重复访问2次后再加入缓存
             proxy_cache_min_uses 3;
             # 出现重复请求时，只让其中一个去后端读数据，其他的从缓存中读取
             proxy_cache_lock on;
             # 上面的锁 超时时间为4s，超过4s未获取数据，其他请求直接去后端
             proxy_cache_lock_timeout 4s;
             # 对于请求参数中有字母的 不走nginx缓存
             proxy_no_cache $cache_name; # 判断该变量是否有值，如果有值则不进行缓存，没有值则进行缓存
             # 在响应头中添加一个缓存是否命中的状态（便于调试）
             add_header Cache-status $upstream_cache_status;
        }
        ...
}

4.6 限流

Nginx主要有两种限流方式：按并发连接数限流(ngx_http_limit_conn_module)、按请求速率限流(ngx_http_limit_req_module 使用的令牌桶算法)。

4.6.1 按请求速率限流

http{
    ...
    # 对请求速率限流
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=myRateLimit:10m rate=5r/s;
    
    server{
        location /interface{
            ...
            limit_req zone=myRateLimit burst=5  nodelay;
            limit_req_status 520;
            limit_req_log_level info;
        }
    }
}

参数说明：
$binary_remote_addr：表示基于 remote_addr(客户端IP) 来做限流
zone=myRateLimit:10m：表示使用myRateLimit来作为内存区域（存储访问信息）的名字，大小为10M，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=5r/s：表示相同ip每秒最多请求5次，nginx是精确到毫秒的，也就是说此配置代表每200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200毫秒内又有请求到达，将拒绝处理该请求（如果没配burst的话）。
burst=5：意思是设置一个大小为5的缓冲队列，若同时有6个请求到达，Nginx 会处理第一个请求，剩余5个请求将放入队列，然后每隔200ms从队列中获取一个请求进行处理。若请求数大于6，将拒绝处理多余的请求，直接返回503。
nodelay：针对的是 burst 参数，burst=5 nodelay 这个配置表示被放到缓冲队列的这5个请求会立马处理，不再是每隔200ms取一个了。但是值得注意的是，即使这5个突发请求立马处理并结束，后续来了请求也不一定会立马处理，因为虽然请求被处理了但是请求所占的坑并不会被立即释放，而是只能按 200ms 一个来释放，释放一个后才将等待的请求入队一个。
limit_req_status=520：表示当被限流后，nginx的返回码。
limit_req_log_level info：代表日志级别。

4.6.2 按并发连接数限流

http{
    # 针对ip  对请求连接数限流
    ...
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=myConnLimit:10m; 
    ...
    
    server{
       ...
       limit_conn myConnLimit 12;
    }
}

参数说明：
limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=myConnLimit:10m; 代表的意思是基于连接数量限流，限流的对象是ip，名称是myConnLimit，存储空间大小10mb（即存放某ip的访问记录），limit_conn myConnLimit 12; 标识该ip最大支持12个连接，超过则返回503。

4.7 压缩

http {
    # 开启/关闭 压缩机制
    gzip on;
    # 根据文件类型选择 是否开启压缩机制
    gzip_types text/plain application/javascript text/css application/xml text/javascript image/jpeg image/jpg image/gif image/png  application/json;
    # 设置压缩级别，一共9个级别 1-9，越高资源消耗越大越耗时，但压缩效果越好
    gzip_comp_level 9;
    # 设置是否携带Vary:Accept-Encoding 的响应头
    gzip_vary on;
    # 处理压缩请求的 缓冲区数量和大小
    gzip_buffers 32 64k;
    # 对于不支持压缩功能的客户端请求 不开启压缩机制
    # 比如低版本的IE浏览器不支持压缩
    gzip_disable "MSIE [1-6].";
    # 设置压缩功能所支持的HTTP最低版本
    gzip_http_version 1.1;
    # 设置触发压缩的最小阈值
    gzip_min_length 2k;
    # 根据不同配置对后端服务器的响应结果进行压缩：off/any/expired/no-cache/no-store/private/no_last_modified/no_etag/auth
    gzip_proxied any;
}

nginx.conf 配置：

# 注意：每个指令必须有分号结束。

# 工作进程数，建议设置为cpu核心数或者 auto 自动检测。注意：Windows服务器上虽然可以启动多个processes，但是实际只会用其中一个。
worker_processes  1;

# 指定日志路径、级别。这个设置可以放入全局块、http块、server块，日志级别依次为：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg。
#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

# pid文件，Nginx 进程启动后，会把所有进程的ID号写到此文件，方便管理进程。
#pid        logs/nginx.pid;

events {
	# 单个进程最大连接数（最大连接数=连接数*进程数）
    # 根据硬件调整，和前面工作进程配合起来用，尽量大，但是别把cpu跑到100%就行。
    worker_connections  1024;
}

http {
	# 文件扩展名与文件类型映射表(conf目录下的一个文件)
    include       mime.types;
	# 默认文件类型，如果 mime.types 预先定义的类型没匹配上，默认使用二进制流的方式传输
    default_type  application/octet-stream;
	
	# 自定义日志格式   
    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;
	
	# 用于开启高效文件传输模式。当设置为on时，Nginx会使用零拷贝技术来传输文件，这意味着数据直接在内核中传输，避免了数据在内核缓冲区和用户缓冲区之间的拷贝，从而提高了传输效率‌。
    #sendfile        on;
	# 对于大型网站、高并发服务器来说，开启sendfile和tcp_nopush可以优化大量文件传输时的性能，有效提升服务器负载能力。
    #tcp_nopush     on;

	# 连接超时时间，单位：秒
    keepalive_timeout  65;
	
	# 接收客户端请求体超时
    #client_body_timeout 20s;
    
    # 限制请求体的大小，若超过所设定的大小，返回413错误。
    #client_max_body_size 10M;
	
	# Nginx分配给请求数据的Buffer大小，如果请求的数据小于 client_body_buffer_size 直接将数据先在内存中存储。
    # 大于该值小于 client_max_body_size，就会将数据先存储到临时文件（用户组要有读写权限）中，client_body_temp 指定的路径中，默认该路径值是 /tmp/。
    #client_body_buffer_size 128k;

	# 启用gzip压缩
    #gzip  on;

	# Web服务，静态资源发布，比如：VUE 前端项目发布
	# http://127.0.0.1:10080/
    server {
        listen       10080;
        server_name  localhost;
		
		# 配置根目录以及默认页面
        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
		
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
	
	# 修改host，目录：C:\Windows\System32\drivers\etc
	#127.0.0.1 www.a1.com
	#127.0.0.1 www.a2.com
	#127.0.0.1 www.a3.com
	
	# IIS 发布了 10081、10082 两个网站
	
	# 反向代理
	# http://www.a1.com:10080/
	server {
		listen 10080;
		# 域名，可以有多个，用空格隔开
		server_name www.a1.com www.a0.com;
		
		location / {
			proxy_pass http://127.0.0.1:10081;
        }
		
		location /sub/ {
			proxy_pass http://127.0.0.1:10082;
        }
	}
	
	# http://www.a2.com:10080/
	server {
		listen 10080;
		server_name www.a2.com;
		
		location / {
			proxy_pass http://127.0.0.1:10082;
        }
	}

	# HTTPS 配置
	# https://127.0.0.1:10443/
    server {
        listen       10443 ssl;
        server_name  localhost;

        ssl_certificate      cert/test.pem;
        ssl_certificate_key  cert/test.key;

        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
    }
	
	# 负载均衡
	# 定义服务列表
	upstream myserver {
		# 负载策略，默认轮询方式
		# 当我们的服务不是无状态，比如采用了session保存数据，并且未做session共享的情况下，跳转到另外一台服务器的时候就需要重新登录了，所以很多时候我们需要访客只访问固定的一个服务器，那么就需要用iphash，iphash的每个请求按访问ip的hash值分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，就可以解决session的问题。
		#ip_hash;
		# 权重，权值越高被分配到的几率越大，用于后端服务器性能不均的情况，比如服务器性能差点就少处理点请求，服务器性能好点就多处理点请求。
        server 127.0.0.1:10081 weight=3;
        server 127.0.0.1:10082;
		# 热备，当10081、10082都宕机的情况下调用10083
		server 127.0.0.1:10083 backup;
    }
	
	# http://www.a3.com:10080/
	server {
     	listen 10080;
     	server_name www.a3.com;
		
     	location / {
        	proxy_pass http://myserver;
			# 下面三行为常见反向代理传递真实客户端IP的配置，如果配置在http中，则全局对所有server生效。
			proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
     	}
    }
	
	# http://127.0.0.1:10091/
	# http://127.0.0.1:10092/
	# include 配置文件
	# 可以在 conf.d 目录中创建新的配置文件为不同的虚拟主机或网站定义不同的配置。
	include conf.d/*.conf;
}