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前言

Nginx 的 proxy_cache 模塊是 Nginx 代理功能的一部分，它允許 Nginx 緩存來自后端服務器的響應，以便在后續的請求中可以直接從緩存中提供內容，而無需再次向后端服務器請求。這種機制可以顯著提高靜態內容的響應速度，減輕后端服務器的負載，并提高網站的可擴展性。

功能特點

減少后端負載：通過緩存靜態內容，減少對后端服務器的請求，降低負載。
提高響應速度：緩存的內容可以快速響應后續相同的請求，提高用戶體驗。
靈活的緩存策略：可以根據不同的 HTTP 響應狀態碼設置不同的緩存有效期。
緩存控制：提供了豐富的指令來控制哪些請求可以被緩存，哪些請求應該繞過緩存。

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proxy_cache工作原理

Nginx 的 proxy_cache 模塊允許 Nginx 作為反向代理服務器時緩存后端服務器的響應。以下是 proxy_cache 模塊的工作原理：

1. 請求到達：客戶端向 Nginx 發送請求。
2. 緩存查找：Nginx 首先檢查請求是否命中緩存。這是通過查找共享內存中的緩存鍵（由 proxy_cache_key 定義）來完成的。
3. 緩存命中：如果請求命中緩存，Nginx 直接從緩存中讀取響應并返回給客戶端。
4. 緩存未命中：如果請求未命中緩存，Nginx 將請求轉發到后端服務器。
5. 后端響應：后端服務器處理請求并返回響應給 Nginx。
6. 緩存存儲：Nginx 將后端服務器的響應存儲在本地文件系統中，同時在共享內存中更新緩存鍵和元數據。
7. 返回響應：Nginx 將后端服務器的響應返回給客戶端，并根據 proxy_cache_valid 指令設置的規則決定緩存時間。

示意圖

+--------+     +---------+     +-----------+     +----------+
| 客戶端  | --> |   Nginx  | --> | 后端服務器 | --> |   Nginx   |
|         |--> |  (查找緩存) |     |           | <-- |  (返回    |
|         |    |  (緩存命中) |     |           |     |  響應)   |
|         |    |  (緩存未命中) |     |           |     +----------+
+---+----+    +---------+     +-----+---+---+|                |              ||                |              | (緩存存儲)|                |              |+----------------+--------------+

配置文件示例

# 定義 http 塊，Nginx 的主要配置都在這個塊內
http {# 設置緩存路徑及其參數proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=7d use_temp_path=off;# levels 定義緩存目錄的層級，1:2 表示兩層# keys_zone 定義緩存鍵和大小，my_cache:10m 表示名稱為 my_cache，大小為 10MB# max_size 控制緩存區域的最大磁盤空間，這里設置為 10GB# inactive 定義緩存數據在指定時間內未被訪問則自動清除的時間，這里設置為 7 天# use_temp_path 設置為 off，表示緩存文件直接寫到 cache 中而不使用 temp_path，避免文件拷貝導致影響性能# 定義 server 塊，用于監聽 80 端口并處理對 example.com 的請求server {# 監聽 80 端口listen 80;# 設置服務器名，這里為 example.comserver_name example.com;# 定義 location 塊，用于處理根路徑下的請求location / {# 將請求代理到后端服務器，這里為 http://backendproxy_pass http://backend;# 啟用緩存，并指定緩存區域為 my_cacheproxy_cache my_cache;# 設置緩存鍵，這里包括請求方法、主機和請求 URIproxy_cache_key "$request_method$host$request_uri";# 設置不同 HTTP 狀態碼的緩存有效期，200 和 302 狀態碼的響應緩存 10 分鐘proxy_cache_valid 200 302 10m;# 設置 404 狀態碼的響應緩存 1 分鐘proxy_cache_valid 404 1m;# 定義條件跳過緩存，如果請求中包含 no_cache 參數或特定的 HTTP 頭，則不使用緩存proxy_cache_bypass $cookie_no_cache $arg_no_cache$http_pragma$http_authorization;# 定義條件不緩存響應，如果請求中包含 no_cache 參數或特定的 HTTP 頭，則不緩存響應proxy_no_cache $cookie_no_cache $arg_no_cache$http_pragma$http_authorization;}}
}

這段配置注釋詳細解釋了 Nginx 配置文件中的每個指令和它們的參數，以便更好地理解配置文件的作用和行為。

參數詳盡說明

• proxy_cache_path：定義緩存文件存儲路徑和參數。

  • levels：定義緩存目錄的層級。
  • keys_zone：定義共享內存中用于緩存鍵的區域。
  • max_size：定義緩存的最大磁盤空間。
  • inactive：定義緩存數據在指定時間內未被訪問則自動清除的時間。
  • use_temp_path：定義是否使用臨時路徑。

• proxy_cache：啟用緩存并指定緩存區域。

• proxy_cache_key：定義緩存的鍵，用于識別緩存數據。

• proxy_cache_valid：為不同的響應狀態碼設置緩存時間。

• proxy_cache_bypass 和 proxy_no_cache：定義條件跳過緩存和避免緩存特定響應。

性能優化方案

1. 緩存策略優化：合理配置 proxy_cache_valid 指令，為不同的響應狀態碼設置不同的緩存時間。
2. 緩存空間管理：通過 proxy_cache_path 指令合理設置緩存空間的大小和有效期。
3. 緩存鍵優化：使用 proxy_cache_key 指令定制緩存鍵，減少緩存沖突，提高緩存命中率。
4. 緩存鎖定：通過 proxy_cache_lock 和 proxy_cache_lock_timeout 指令，控制同時對同一緩存項的請求，減少對后端的并發請求。
5. 使用 CDN：結合 CDN 使用 Nginx 緩存，可以將靜態資源緩存到離用戶更近的節點。
6. 監控和調整：定期監控緩存命中率和響應時間，根據實際情況調整緩存配置。

總結

通過以上配置和優化方案，可以有效地管理 Nginx 的緩存行為，提高網站的性能，同時保證敏感或動態數據的實時性和安全性。