缓存机制

Nginx 缓存机制概述

Nginx 支持缓存加速功能，可以将代理服务器或反向代理的请求结果缓存到本地，从而减少后端服务器的负载，提高网站的响应速度。缓存机制能够极大地提升性能，特别是在处理静态内容（如图片、CSS、JS 文件）时，Nginx 能够高效地处理这些资源，并将它们缓存供重复请求使用。

Nginx 缓存的两种方式

• 代理缓存（Proxy Cache）：对从后端服务器获取的响应进行缓存，适用于动态内容的加速。
• 静态文件缓存（FastCGI Cache）：专门为 FastCGI 生成的响应（如 PHP 文件）缓存，减少每次请求对后端应用的压力。

Nginx 缓存配置

缓存的核心配置包含缓存路径和缓存有效期，缓存的数据会存储在指定的本地磁盘目录中。

配置缓存路径

在 Nginx 配置文件中，首先要设置缓存存储的目录及缓存大小限制。

http {
    # 定义缓存路径
    proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m inactive=60m max_size=1g;
}

• /var/cache/nginx：缓存数据存储的路径。
• levels=1:2：缓存文件目录结构，分为两级（提高检索效率）。
• keys_zone=my_cache:10m：定义缓存区域 my_cache，大小为 10MB，用于存储缓存的元数据（如 URL 和响应头）。
• inactive=60m：缓存对象在 60 分钟内没有被访问将被移除。
• max_size=1g：设置缓存的最大大小为 1GB。

配置代理缓存

在缓存路径定义完成后，我们可以为指定的代理服务器或反向代理配置缓存。

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_cache my_cache;  # 启用缓存
        proxy_pass http://backend_server;  # 后端服务器
        proxy_cache_valid 200 302 10m;  # 对 HTTP 状态码 200 和 302 响应，缓存时间 10 分钟
        proxy_cache_valid 404 1m;  # 对 404 响应，缓存 1 分钟
        proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache;  # 如果指定条件为真，则跳过缓存
        add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;  # 添加自定义响应头，显示缓存状态
    }
}

• proxy_cache my_cache：指定要使用的缓存区域。
• proxy_pass：将请求转发到后端服务器。
• proxy_cache_valid：为指定的 HTTP 响应状态码设置缓存时间。
• proxy_cache_bypass：通过条件决定是否绕过缓存（如通过 cookie 或 URL 参数）。

配置静态文件缓存

对于静态资源文件（如图片、CSS、JS 文件），可以单独配置缓存：

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 30d;  # 设置静态文件缓存有效期为 30 天
    add_header Cache-Control "public";
}

• expires：设置资源的过期时间。
• add_header Cache-Control：为响应添加 Cache-Control 头，表明资源可被缓存。

设置和管理代理缓存

管理缓存的重点在于合理设置缓存的策略，以便应对不同的场景需求。以下是一些常用的缓存管理技术：

跳过特定请求的缓存

通过特定的条件跳过缓存，例如基于 cookie 或 URL 参数：

location / {
    proxy_cache_bypass $cookie_session $arg_nocache;  # 如果存在 cookie 或 URL 参数，则不缓存
}

• $cookie_session：检测用户是否携带某个 session cookie。
• $arg_nocache：检查 URL 参数是否携带特定字段。

设置缓存的不同有效期

根据返回的 HTTP 状态码或者内容类型，设置不同的缓存有效期。例如，成功的响应可以缓存更长时间，404 错误可以短时间缓存：

proxy_cache_valid 200 302 10m;  # 成功的响应缓存10分钟
proxy_cache_valid 404 1m;  # 404 响应缓存1分钟

• proxy_cache_valid：定义特定 HTTP 状态码的缓存时间。

缓存更新策略

当需要更新缓存时，可以通过设置 proxy_cache_revalidate 来实现缓存的更新：

proxy_cache_revalidate on;  # 缓存过期时，发送条件请求以检查缓存是否需要更新

控制缓存的大小

通过 max_size 参数来限制缓存的总大小。达到大小限制后，Nginx 会自动删除最旧的缓存文件。

proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=2g;

缓存清理和控制缓存过期

有时需要手动清理缓存或者控制缓存的过期时间。Nginx 缓存可以通过以下方式进行管理：

手动清理缓存

Nginx 没有内置的命令来清理缓存文件，可以通过手动删除缓存目录下的文件来清除缓存：

sudo rm -rf /var/cache/nginx/*  # 清除所有缓存文件

注意：清理缓存时要小心操作，删除操作会立即使所有缓存失效。

缓存过期控制

通过 inactive 参数来控制缓存文件的过期时间。inactive 是指在这段时间内没有被访问的缓存数据会被自动清除。

proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m inactive=30m;

• inactive=30m：缓存文件在 30 分钟内如果未被访问，将被移除。

响应头中的缓存控制

通过向客户端发送 Cache-Control 或 Expires 响应头，控制浏览器缓存行为：

location / {
    add_header Cache-Control "no-cache, no-store, must-revalidate";  # 不允许缓存
    add_header Pragma "no-cache";  # 向旧版浏览器发送 no-cache 指令
    expires off;  # 禁用 Nginx 缓存
}

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总结

• 缓存机制：Nginx 支持代理缓存和静态文件缓存，能够极大提高请求的响应速度。
• 缓存配置：通过 proxy_cache_path、proxy_cache_valid 等配置项管理缓存目录、缓存大小和缓存时间。
• 代理缓存管理：可以通过条件跳过缓存、不同状态码设置不同缓存时间来灵活管理缓存策略。
• 缓存清理和控制过期：通过 inactive 参数自动清除过期缓存，或手动清理缓存文件，并通过响应头控制浏览器缓存行为。

通过适当的缓存配置和管理，Nginx 能够显著减少服务器负载，提升应用的性能和响应速度。