近年來，Nginx作為一款備受推崇的開源、高性能、高可靠的Web和反向代理服務(wù)器，備受業(yè)界關(guān)注。其強(qiáng)大的性能和高并發(fā)能力使其成為許多互聯(lián)網(wǎng)公司和知名網(wǎng)站的首選。但是，許多人對于Nginx如何支持百萬級并發(fā)連接的內(nèi)部工作原理卻知之甚少。本文將深入探討Nginx的關(guān)鍵技術(shù)，揭秘其支持百萬級并發(fā)連接的秘密。

無論是運(yùn)維、開發(fā)、測試，Nginx 技術(shù)棧的學(xué)習(xí)總是必不可少的，只是不同的崗位掌握的深度與廣度不同而已。

什么是 Nginx？

Nginx 是開源、高性能、高可靠的 Web 和反向代理服務(wù)器，支持熱部署，幾乎可以做到 7 * 24 小時不間斷運(yùn)行，還可在不間斷服務(wù)的情況下對軟件版本進(jìn)行熱更新。Nginx 性能非常牛逼，占用內(nèi)存少、并發(fā)能力強(qiáng)、能支持高并發(fā)，支持絕大部分協(xié)議，如TCP、UDP、SMTP、HTTPS等。最重要的是， Nginx 是免費(fèi)開源的且可以商業(yè)化，配置使用也比較簡單。

在中國有眾多互聯(lián)網(wǎng)大廠，如百度、京東、新浪、網(wǎng)易、騰訊等都在使用 Nginx，也有很多高知名度的國外網(wǎng)站也在使用 Nginx，比如：Netflix、GitHub、SoundCloud、MaxCDN等。

官方網(wǎng)站：http://www.nginx.org

Nginx 架構(gòu)

Nginx的架構(gòu)設(shè)計(jì)是支持高并發(fā)的基石。在啟動時，Nginx會生成主進(jìn)程（master）和工作進(jìn)程（worker）。主進(jìn)程負(fù)責(zé)調(diào)度工作進(jìn)程，而工作進(jìn)程則獨(dú)立處理網(wǎng)絡(luò)請求，每個工作進(jìn)程都可以同時處理數(shù)以千計(jì)的網(wǎng)絡(luò)請求。請查看以下示意圖：

Master 工作過程細(xì)節(jié)

1. Master 建立 listen 的 socket (listenfd)

2. Master，fork 出 Worker 進(jìn)程(fork:進(jìn)程鏡像)

3. 新請求到來時，所有 Worker 進(jìn)程的 listenfd 都變?yōu)榭勺x;

4. Worker 進(jìn)程，競爭 accept_mutex，獲勝的注冊 listenfd 的讀事件

5. Worker 進(jìn)程，在讀事件中，accept 當(dāng)前連接，并處理請求

疑問:

1. listenfd, Master 和 Worker 共享一個?

2.accept mutex 在哪里?

Worker 工作過程細(xì)節(jié):

1. 新請求到來時，所有 Worker 進(jìn)程的 listenfd 都變?yōu)榭勺x;

2. Worker 進(jìn)程，競爭 accept_mutex，獲勝的注冊 llistenfd 的讀事件

3. Worker 進(jìn)程，在讀事件中，accept 當(dāng)前連接;

4. Worker 進(jìn)程，讀取請求、解析請求、處理請求、進(jìn)行響應(yīng)。

事件驅(qū)動模型

Nginx 的事件驅(qū)動模型由事件收集器、發(fā)送器和處理器三部分基本單元組成。

• 事件收集器：收集 worker 進(jìn)程的各種 IO 請求

• 事件發(fā)送器：將 IO 事件發(fā)送到事件處理器

• 事件處理器：處理各種事件的響應(yīng)工作

Nginx 事件驅(qū)動架構(gòu)是基于異步及非阻塞的方式，這種設(shè)計(jì)允許 Nginx 同時處理多個網(wǎng)絡(luò)請求。

當(dāng)一個客戶端發(fā)起請求時，Nginx 會將該請求交給一個工作進(jìn)程，由工作進(jìn)程負(fù)責(zé)處理請求。工作進(jìn)程采用異步方式處理請求，每個請求在一個單獨(dú)的工作進(jìn)程中處理，這樣就不會因?yàn)橐粋€請求的阻塞而影響其他請求的處理。因些，它可以同時處理多個客戶端請求，從而提高了并發(fā)處理能力。

非阻塞IO

Nginx 在處理請求時采用了非阻塞 I/O 操作，這意味著它不會在等待 I/O 操作完成時阻塞進(jìn)程。通過使用非阻塞 I/O，Nginx 可以同時處理多個 I/O 操作，從而提高了整體的處理能力。

如前面的圖，事件發(fā)送器會將事件放入一個類似待處理的列表中，然后采用非非阻塞 I/O 方式來調(diào)用事件處理器來處理這個請求。

這種處理模式我們又將其稱為“多路復(fù)用 I/O”，最常見的有括這三種：select 模型、poll模型、epoll 模型。

內(nèi)存管理

Nginx 使用了強(qiáng)大內(nèi)存池技術(shù)來管理內(nèi)存，內(nèi)存池中的內(nèi)存塊是預(yù)先分配的，避免了頻繁的內(nèi)存分配和釋放操作，從而減少了內(nèi)存分配和釋放的開銷，這樣可以使 Nginx 在處理大量并發(fā)連接時更加高效。

upstream server_pools { 
  server 192.168.1.100:8888   weight=5;
  server 192.168.1.101:9999   weight=5;
  server 192.168.1.102:6666   weight=5;
  #weigth參數(shù)表示權(quán)值，權(quán)值越高被分配到的幾率越大
}
server {  
  listen 80; 
  server_name toymoban.com;
  location / {    
  proxy_pass http://server_pools; 
   }
}

Nginx 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的策略

• 輪詢策略：默認(rèn)情況下采用的策略，將所有客戶端請求輪詢分配給服務(wù)端。這種策略是可以正常工作的，但是如果其中某一臺服務(wù)器壓力太大，出現(xiàn)延遲，會影響所有分配在這臺服務(wù)器下的用戶。
• 最小連接數(shù)策略：將請求優(yōu)先分配給壓力較小的服務(wù)器，它可以平衡每個隊(duì)列的長度，并避免向壓力大的服務(wù)器添加更多的請求。
• 最快響應(yīng)時間策略：優(yōu)先分配給響應(yīng)時間最短的服務(wù)器。
• 客戶端 ip 綁定策略：來自同一個 ip 的請求永遠(yuǎn)只分配一臺服務(wù)器，有效解決了動態(tài)網(wǎng)頁存在的 session 共享問題。

緩存

Nginx 支持緩存功能，Nginx 緩存作為性能優(yōu)化的一個重要手段，可以極大減輕后端服務(wù)器的負(fù)載。

proxy_cache_path  #代理緩存的路徑
#語法格式
proxy_cache_path path [levels=levels] [use_temp_path=on|off] keys_zone=name:size [inactive=time] [max_size=size] [manager_files=number] [manager_sleep=time] [manager_threshold=time] [loader_files=number] [loader_sleep=time] [loader_threshold=time] [purger=on|off] [purger_files=number] [purger_sleep=time] [purger_threshold=time];

proxy_cache #開啟或關(guān)閉代理緩存
#語法格式
proxy_cache zone | off;  #zone為內(nèi)存區(qū)域的名稱，即上面中keys_zone設(shè)置的名稱。

proxy_cache_key #定義如何生成緩存的鍵
#語法格式
proxy_cache_key string;  #string為生成Key的規(guī)則，如proxy_host$request_uri。

proxy_cache_valid  #緩存生效的狀態(tài)碼與過期時間。
#語法格式
proxy_cache_valid [code ...] time;  #code為狀態(tài)碼，time為有效時間，可以根據(jù)狀態(tài)碼設(shè)置不同的緩存時間。如：proxy_cache_valid 200 302 30m;

proxy_cache_min_uses #設(shè)置資源被請求多少次后被緩存。
#語法格式
proxy_cache_min_uses number;  #number為次數(shù)，默認(rèn)為1。

proxy_cache_use_stale #當(dāng)后端出現(xiàn)異常時，是否允許Nginx返回緩存作為響應(yīng)。
#語法格式
proxy_cache_use_stale error;  #error為錯誤類型

proxy_cache_lock  #是否開啟鎖機(jī)制
#語法格式
proxy_cache_lock on | off;

proxy_cache_lock_timeout #配置鎖超時機(jī)制，超出規(guī)定時間后會釋放請求。
#語法格式
proxy_cache_lock_timeout time;

proxy_cache_methods #設(shè)置對于那些HTTP方法開啟緩存。
#語法格式
proxy_cache_methods method;  #method為請求方法類型，如GET、HEAD等。

proxy_no_cache #設(shè)置不存儲緩存的條件，符合時不會保存。
#語法格式
proxy_no_cache string...;  #string為條件，如arg_nocache $arg_comment;

proxy_cache_bypass  #設(shè)置不讀取緩存的條件，符合時不會從緩存中讀取。
#語法格式
proxy_cache_bypass string...;  #與上面proxy_no_cache的配置方法類似。

add_header  #配置往響應(yīng)頭中添加字段信息。
#語法格式
add_header fieldName fieldValue;

$upstream_cache_status #記錄了緩存是否命中的信息，存在以下多種情況：

MISS：請求未命中緩存。
HIT：請求命中緩存。
EXPIRED：請求命中緩存但緩存已過期。
STALE：請求命中了陳舊緩存。
REVALIDDATED：Nginx驗(yàn)證陳舊緩存依然有效。
UPDATING：命中的緩存內(nèi)容陳舊，但正在更新緩存。
BYPASS：響應(yīng)結(jié)果是從原始服務(wù)器獲取的。

#注：這是一個Nginx內(nèi)置變量，與上面的參數(shù)不同。

server{  
        location / {  
            # 使用名為nginx_cache的緩存空間  
            proxy_cache hot_cache;  
            # 對于200、206、304、301、302狀態(tài)碼的數(shù)據(jù)緩存1天  
            proxy_cache_valid 200 206 304 301 302 1d;  
            # 對于其他狀態(tài)的數(shù)據(jù)緩存30分鐘  
            proxy_cache_valid any 30m;  
            # 定義生成緩存鍵的規(guī)則（請求的url+參數(shù)作為key）  
            proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;  
            # 資源至少被重復(fù)訪問三次后再加入緩存  
            proxy_cache_min_uses 3;  
            # 出現(xiàn)重復(fù)請求時，只讓一個去后端讀數(shù)據(jù)，其他的從緩存中讀取  
            proxy_cache_lock on;  
            # 上面的鎖超時時間為3s，超過3s未獲取數(shù)據(jù)，其他請求直接去后端  
            proxy_cache_lock_timeout 3s;  
            # 對于請求參數(shù)或cookie中聲明了不緩存的數(shù)據(jù)，不再加入緩存  
            proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;  
            # 在響應(yīng)頭中添加一個緩存是否命中的狀態(tài)（便于調(diào)試）  
            add_header Cache-status $upstream_cache_status;  
        }

模塊化設(shè)計(jì)

Nginx 的模塊化設(shè)計(jì)使得它能夠根據(jù)需求選擇和加載不同的模塊，以支持各種功能，如日志記錄、身份驗(yàn)證等。這種設(shè)計(jì)靈活性高，便于擴(kuò)展和維護(hù)。

Nginx 的模塊主要包括核心模塊、標(biāo)準(zhǔn)HTTP模塊、可選HTTP模塊、郵件服務(wù)模塊和第三方模塊等。這些模塊通過事件驅(qū)動模型和非阻塞I/O等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了高效地處理大量的并發(fā)連接，支持百萬級別的并發(fā)訪問。

Nginx 這種模塊化設(shè)計(jì)使得它可以根據(jù)不同的需求去加載不同的模塊，從而去支持各種不同的功能，這個設(shè)計(jì)非常靈活，且便于擴(kuò)展與維護(hù)。

核心模塊是Nginx的基礎(chǔ)部分，主要實(shí)現(xiàn)了底層的自身的一部分通訊協(xié)議，也為其他的一些模塊和Nginx的進(jìn)程等內(nèi)容提供了一個運(yùn)行時的環(huán)境。標(biāo)準(zhǔn)HTTP模塊是核心中的一部分，負(fù)責(zé)定義除配置模塊之外的其他模塊?？蛇xHTTP模塊則提供了更多高級功能，如負(fù)載均衡、SSL加密等。郵件服務(wù)模塊則與郵件相關(guān)。第三方模塊則是一些由第三方提供的模塊，可以擴(kuò)展Nginx的功能。

總的來說，Nginx 的模塊化設(shè)計(jì)是其高性能、高并發(fā)能力的關(guān)鍵因素之一。

代理機(jī)制

Nginx 作為反向代理服務(wù)器能夠?qū)崿F(xiàn)請求轉(zhuǎn)發(fā)、負(fù)載均衡、緩存等功能，提高處理性能和并發(fā)能力。

Nginx 作為反向代理服務(wù)器使用時，會接收客戶端的請求并轉(zhuǎn)發(fā)給后端服務(wù)器處理。通過代理機(jī)制，Nginx能夠?qū)崿F(xiàn)請求的轉(zhuǎn)發(fā)、負(fù)載均衡、緩存等功能，提高了處理性能和并發(fā)能力。

http {
.............
    upstream product_server{
        127.0.0.1:8081;
    }

    upstream admin_server{
        127.0.0.1:8082;
    }

    upstream test_server{
        127.0.0.1:8083;
    }

server {
      
  #默認(rèn)指向product的server
  location / {
      proxy_pass http://product_server;
      }

  location /product/{
      proxy_pass http://product_server;
     }

  location /admin/ {
      proxy_pass http://admin_server;
     }

  location /test/ {
      proxy_pass http://test_server;
      }
    }
}

Nginx通過這些優(yōu)秀的技術(shù)設(shè)計(jì)，然后將這些技術(shù)手段在 Nginx 中廣泛應(yīng)用，使得 Nginx 能夠高效地處理大量的并發(fā)連接，我們在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過合理的配置 Nginx，來提高與優(yōu)化其性能，進(jìn)一步提高并發(fā)處理能力，從而去支持百萬級別的并發(fā)訪問。

Nginx 能夠高效地處理大量的并發(fā)連接，我們在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過合理的配置 Nginx，來提高與優(yōu)化其性能，進(jìn)一步提高并發(fā)處理能力，從而去支持百萬級別的并發(fā)訪問。

示例

以下是一個示例，展示如何使用Nginx配置支持百萬級并發(fā)連接的簡單示例：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/article/743.html

worker_processes auto;  # 自動設(shè)置工作進(jìn)程數(shù)量

events {
    worker_connections 1024;  # 每個工作進(jìn)程允許的最大連接數(shù)
    use epoll;  # 使用epoll事件驅(qū)動模型
}

http {
    include mime.types;
    default_type application/octet-stream;
    
    sendfile on;  # 開啟sendfile功能
    tcp_nopush on;  # 開啟tcp_nopush功能
    tcp_nodelay on;  # 開啟tcp_nodelay功能
    
    keepalive_timeout 65;  # 客戶端保持連接的超時時間
    
    gzip on;  # 開啟gzip壓縮
    
    server {
        listen 80;
        
        location / {
            root /path/to/your/website;
            index index.html;
        }
    }
}