Nginx 学习笔记 (8) - 缓存加速指南 (proxy

服务端缓存

proxy_cache 运用局部性的原理，备存一些先前被访问过、料将被再度使用的资源，使用户得以由前端服务器直接取得，从而减少后端服务器的资源开销，并缓解整个系统的压力。缓存也是反代的用途之一。本文介绍 Nginx 基本的缓存配置。

1) 定义一个缓存目录，路径为 /usr/local/nginx/cache；采用二级的目录结构；建立一块用于存放缓存键 (cache keys) 和元数据 (metadata) 的共享内存区，名叫 “the_cache_zone” 且分配 10MB 的内存；不活跃的缓存文件 1 小时后将被清除；缓存所占磁盘空间的上限是 512MB；不另设临时目录。

http {
    ...
    proxy_cache_path /usr/local/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=the_cache_zone:10m inactive=1h max_size=512m use_temp_path=off;
    ...
}

2) 启用缓存。方便除错计，添加一响应头用以指示缓存状态 (MISS / BYPASS / HIT …)。

下列指令请斟酌——
proxy_cache_bypass 用于指定忽略缓存的情况，当其值为空或为零时，使用缓存。
proxy_cache_key 用于生成缓存键，区分不同的资源。要特别留心 Query String。
proxy_cache_min_uses 则规定缓存门槛，请求过多少次才缓存，不缓存低频请求，避免浪费。

在下例中，$is_args 反映请求的 URI 是否带参数（网址中问号后面那一长串），若没有即为空值。$request_uri 近似于 $uri$is_args$args。key 是决定缓存命中率的因素之一。

location / {
    ...
    proxy_pass http://www.example.com;

    proxy_cache the_cache_zone;
    #           proxy_cache_bypass $is_args;
    # (default) proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;
    #           proxy_cache_min_uses 3;
    
    add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
    ...
}

3) Nginx 作反代时，相对来说也是客户端。若希望抓取的源站内容总是新鲜，还需要忽略上游的缓存期限，即不遵循源站的 Cache-Control 和 Expires 等响应头，然后再来配置自己的缓存期限。

服务端一侧，proxy_cache_valid 控制的是 expiration (有效期)，针对不同的 HTTP 状态码可以设定不同的有效期。inactive 决定的是 retention (保留期限)，时间一到管你新不新鲜都要丢掉 (refresh)。可以理解为 inactive 要优位于 proxy_cache_valid。

proxy_cache_revalidate 将对客户端传来之 Etag 或 Last-Modified 作出验证，若服务端资源没有变化，则使用“稍早前”缓存页面，无论其有效期为何。有助减少回源次数。

location / {
    ...
    proxy_ignore_headers X-Accel-Expires Cache-Control Expires;

    proxy_cache_valid 301 1h;
    proxy_cache_valid 200 30m;
    proxy_cache_valid any 1m;
    proxy_cache_revalidate on;
    ...
}

4) 缓存一时爽，全家火葬场。一大波缓存同时失效，会导致缓存雪崩 (Cache stampede)，使得大批请求涌向源站。如果网站不是特别大、并发要求不是特别高，可以采取加锁排队和暂时返回陈旧数据的方式缓解问题。但根本的还是要各别设定缓存期限，错峰更新缓存，不要一窝蜂。

proxy_cache_lock 对同一资源，未命中一次只回源一次，阻塞后续请求直至当前请求完成。
proxy_cache_lock_age “不能者止”，如果当前请求未能如期完成，就放行后续请求。
proxy_cache_lock_timeout 发生超时，同样放行，但不作缓存。

proxy_cache_use_stale 则是指定“共体时艰”的情境，比如服务器正在更新 (updating) 缓存的时候，或者遭遇 503 服务不可用错误的时候，勉予使用 (inactive 还未清理的) 过期缓存，以保持可用性。
proxy_cache_background_update 返回陈旧数据时，也跟源站要一份新鲜的，下次用。

location / {
    ...
    proxy_cache_lock on;
    # (default) proxy_cache_lock_age 5s;
    # (default) proxy_cache_lock_timeout 5s;

    proxy_cache_use_stale error timeout updating http_503;
    proxy_cache_background_update on;
    ...
}

5) 倘若有手动清除缓存的需求，又用不起 NGINX Plus，不妨考虑 ngx_cache_purge。

照前文 Nginx 学习笔记 (7) 的步骤，下载源码、nginx -V 检视参数、追加参数 --add-module=../ngx_cache_purge-2.3 且重新编译 Nginx，以完成添加模块的动作。

proxy_cache_purge 得回头看前面的配置，使用的缓存路径与 proxy_cache 的对应、缓存键向 proxy_cache_key 的看齐。URI 前面加上 /purge 即为清除缓存接口（最好不要被外部访问）。

location / {
    ...
    proxy_cache the_cache_zone;
    proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;
    ...
}

location ~ /purge(/.*) {
    ...
    allow 127.0.0.1;
    deny all;
    proxy_cache_purge the_cache_zone $scheme$proxy_host$1$is_args$args;
    ...
}

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