Nginx 快取機制詳解！非常詳細實用

民工哥發表於2021-09-30
Nginx快取

Nginx 快取作為效能優化的一個重要手段，可以極大減輕後端伺服器的負載。下面我們將介紹 Nginx 快取配置的相關指令以及 http 快取機制，以及 Nginx 快取實踐案例分析。

Nginx 快取示例

例項演示，快取是怎麼出現的，怎麼檢視！

當我們代開某個網站，如 baidu.com，我們可以看到 size 這一列有一些 js 標識為 disk cache，這裡就是應用到了快取。

HTTP 快取機制

HTTP 的快取流程如下圖所示

快取，可以分為強制快取和對比快取。

Nginx 強制快取

介紹強制快取是什麼？以及可能造成這個原因的配置引數！

瀏覽器不會向伺服器傳送任何請求，直接從本地快取中讀取快取資料並返回 200 狀態碼，如下圖所示。如果快取過期再找伺服器，其過程如下：

可以造成強制快取的欄位，有如下幾個：

Expires

位置: HTTP Response Header

說明: Expires 是服務端返回的到期時間。如果下一次請求如果小於服務端返回的過期時間，則直接使用快取資料。Expires 是 HTTP1.0 的東西，現在瀏覽器預設都是使用 HTTP1.1。而且由於該值是有服務端生成，而客戶端的時間和服務端的時間有可能不一致，導致存在一定誤差。所以 HTTP1.1 使用 Cache-Control 替代。

# 示例
Expires: Mon, 22 Jul 2019 11:08:59 GMT
Cache-Control

位置: HTTP Response Header

說明: 快取策略定義

  • max-age: 標識資源能夠被快取的最大時間
  • public: 表示該響應任何中間人，包括客戶端和代理伺服器都可以快取
  • private: 表示該響應只能用於瀏覽器私有快取中，中間人（代理伺服器）不能快取此響應
  • no-cache: 需要使用對比快取（Last-Modified/If-Modified-Since/Etag/If-None-Match）來驗證快取資料
  • no-store: 所有內容都不會快取，強制快取和對比快取都不會觸發

Nginx 對比快取

介紹使用快取和不使用快取的區別和對比！

瀏覽器在第一次請求資料時，伺服器會將快取的標識與資料一起返回給瀏覽器，瀏覽器將這兩個快取到本地快取資料庫中。

再次請求資料時，就會在請求 header 中帶上快取的標識傳送給伺服器，伺服器根據快取標識對比，如果發生變化，則返回 200 狀態碼，返回完整的響應資料給瀏覽器，如果未發生更新，則返回 304 狀態碼告訴瀏覽器繼續使用快取資料。

如下圖比較所示，在第一次請求時，沒有使用快取。而在第二次使用快取時，可以明顯看到兩者請求的時間不一樣，後者時間少很多。這是因為服務端如果進行快取比較後發現未更新，只返回 header 部分，並返回 304 狀態碼通知客戶端使用本地快取，沒有將報文的 body 部分返回給瀏覽器，所以請求時間和報文大小才明顯優化。別小看這幾十毫秒，當訪問量很大時，這裡就優化了很多時間、減少了很多伺服器壓力。

第一次訪問，未使用快取：

第二次訪問，使用快取：

HTTP 請求和響應報文結構如下圖所示：

會造成對比快取的欄位如下：

  • Last-Modified

    • 位置: HTTP Response Header

    • 說明: 第一次請求時，伺服器會在響應頭裡設定該引數，告訴瀏覽器該資源的最後修改時間。

      # 示例
Last-Modified: Tue, 12 Jan 2010 13:48:00 GMT

  • If-Modified-Since

    • 位置: HTTP Request Header
    • 說明: 再次（注意不是第一次）請求伺服器時，客戶端瀏覽器通過此欄位通知伺服器上次請求時，伺服器返回的資源最後修改時間。伺服器收到請求後，發現 header 中有 If-Modified-Since 欄位，則與被請求資源的最後修改時間進行對比。若資源的最後修改時間大於 If-Modified-Since，則說明資源被修改過，則響應返回完整的內容，返回狀態碼 200。 若資源的最後修改時間小於或等於 If-Modified-Since，則說明資源未修改，則返回 304 狀態碼，告訴瀏覽器繼續使用所儲存的快取資料。
  • Etag

  • 位置: HTTP Response Header

    • 說明: 伺服器響應請求時，告訴瀏覽器當前資源在伺服器的唯一標識（由服務端生成）。
    • 優先順序: 高於 Last-Modified 與 If-Modified-Since

  • If-None-Match

    • 位置: HTTP Request Header
    • 說明: 再次請求伺服器時，通過此欄位通知伺服器客戶端快取的資源的唯一標識。伺服器收到請求 header 周發現有 If-None-Match 欄位，則與被請求資源的唯一標識進行對比。 如果不一樣，說明資源被修改過，則返回完整的響應，狀態碼 200。 如果一樣，說明資源未被修改過，則返回 304 狀態碼，告訴瀏覽器繼續使用快取的資料。

Nginx 快取實踐

實際配置和演示一下，使用快取的效果！

配置檔案的內容，如下所示：

nginx
user  nginx;
pid /run/nginx.pid;
worker_processes  auto;
worker_rlimit_nofile 100000;

events {
    worker_connections  2048;
    multi_accept on;
}

http {
    sendfile on;

    access_log off;
    error_log  /data/log/nginx-1.0/error.log  error;

    proxy_cache_path /data/nginx-1.0/cache levels=1:2 keys_zone=cache_zone:10m inactive=60m;

    server {
        listen 80;
        server_name localhost;
        root /usr/local/services/nginx-1.0/html/;

        location / {

        }

        location ~.*\.(gif|jpg|png|css|js)(.*) {
            proxy_cache cache_zone;
            proxy_cache_valid 200 302 24h;
            expires 1d;
            add_header X-Proxy-Cache $upstream_cache_status;
        }
    }
}

實際的測試情況，如下所示：

[root@VM_16_4_centos conf]# curl -I http://localhost/test.js
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.14.0
Date: Sun, 21 Jul 2019 12:35:06 GMT
Content-Type: text/plain
Content-Length: 12
Last-Modified: Sun, 21 Jul 2019 12:33:32 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "5d345b9c-c"
Expires: Mon, 22 Jul 2019 12:35:06 GMT
Cache-Control: max-age=86400
Accept-Ranges: bytes

我們再以圖片為例，當我們第一次請求 http://localhost/google_logo.jpg，服務端返回了該資源的唯一標識 Etag 給我們。

我們第二次請求時，可以發現 http 報文的體積和響應實踐大大縮減，說明我們的快取發回了作用。

作者: Escape
連結: escapelife.site/posts/b167e14a.html

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