如何利用Nginx进行服务器端缓存配置？

一、Nginx 缓存模块简介

1. ngx_http_proxy_module：反向代理功能，用于转发请求到后端服务器。
2. ngx_http_cache_module：缓存模块，用于存储后端响应结果。

二、配置步骤

1. 准备工作

• 检查模块支持：
  确认 Nginx 已编译包含 proxy 和 cache 模块。执行以下命令：
  bash

   

   

   

   

   

  nginx -V 2>&1 | grep -E "proxy|cache"

   

  
  

  输出中应包含 --with-http_proxy_module 和 --with-http_cache_module。
  • 若未包含，需重新编译 Nginx（参考 Nginx 官方文档）。
• 创建缓存目录：
  bash

   

   

   

   

   

  sudo mkdir -p /var/cache/nginx/cache # 路径可自定义
  sudo chown -R nginx:nginx /var/cache/nginx # 设置权限（用户需与 Nginx 运行用户一致）

   

2. 全局缓存配置（http 块）

http {
  # 定义缓存区域（levels、keys_zone、max_size 为必填项）
  proxy_cache_path /var/cache/nginx/cache # 缓存存储路径
    levels=1:2 # 缓存目录层级（1:2 表示两层目录，如 /a/b/cache_key）
    keys_zone=my_cache:10m # 缓存键共享内存区（名称:大小，10m 表示占用 10MB 内存）
    max_size=10g # 缓存最大磁盘占用（超过后按策略淘汰）
    inactive=60m # 缓存项在指定时间内未被访问则删除（60分钟）
    use_temp_path=on; # 是否使用临时路径缓存（默认 on，建议保留）
  # 其他全局配置（如 MIME 类型、日志等）...
}

3. 反向代理缓存配置（server/location 块）

server {
  listen 80;
  server_name example.com;
  location / {
    # 反向代理到后端服务器（如 Node.js、PHP-FPM 等）
    proxy_pass http://backend_server; # 后端地址，如 http://127.0.0.1:8080
    # 启用缓存并关联全局缓存区域
    proxy_cache my_cache; # 使用 http 块中定义的 keys_zone 名称（my_cache）
    proxy_cache_key $scheme$host$request_uri; # 缓存键规则（基于协议、域名、URI）
    # 缓存有效期配置（按响应状态码设置不同缓存时间）
    proxy_cache_valid 200 302 12h;  # 成功响应（200/302）缓存 12 小时
    proxy_cache_valid 404 1m;       # 404 错误缓存 1 分钟
    proxy_cache_valid any 5m;       # 其他状态码默认缓存 5 分钟（可选）
    # 缓存更新策略
    proxy_cache_use_stale updating; # 缓存过期时，返回旧缓存并后台更新
    proxy_cache_background_update on; # 后台异步更新缓存（需 Nginx 1.13.9+）
    # 忽略后端返回的 Cache-Control 头，强制使用 Nginx 配置
    proxy_ignore_headers Cache-Control;
    # 传递必要的请求头（如 Cookie，按需开启）
    proxy_pass_request_cookie on;
  }
}

• proxy_cache_key：定义缓存键的生成规则，需确保相同请求生成唯一键。常见变量：
  • $scheme：协议（http/https）。
  • $host：域名（避免不同域名共享缓存）。
  • $request_uri：完整 URI（包含查询参数，如 ?id=123）。
  • 若需排除查询参数，可改为 $uri（仅路径部分）。
• proxy_cache_valid：按状态码设置不同缓存时间，any 表示所有状态码。
• proxy_cache_use_stale：缓存过期时的处理策略，updating 表示使用旧缓存并触发更新。

4. 高级配置：缓存分层与控制

• 按请求头缓存（如区分用户登录状态）：
  nginx

   

   

   

   

   

  location / {
    # 仅缓存未登录用户的请求（通过 Cookie 判断）
    if ($http_cookie !~* "logged_in=1") {
      proxy_cache my_cache;
    }
  }

   
• 禁止缓存特定请求（如带授权头）：
  nginx

   

   

   

   

   

  location / {
    if ($http_authorization) {
      proxy_no_cache 1; # 禁止缓存带 Authorization 头的请求
      add_header Cache-Control "no-cache, no-store";
    }
  }

   
• 缓存分层（内存 + 磁盘）：
  nginx

   

   

   

   

   

  proxy_cache_path /var/cache/nginx/cache
    levels=1:2
    keys_zone=my_cache:10m
    max_size=10g
    inactive=60m
    loader_files=1000 # 启动时一次性加载的缓存元数据文件数
    loader_sleep=200ms # 加载间隔
    loader_threshold=300m; # 加载阈值（超过则分批次加载）

   

三、缓存管理与监控

1. 查看缓存状态

location / {
  # 其他配置...
  add_header X-Cache $proxy_cache_status; # 响应头中添加缓存状态
}

• HIT：缓存命中，直接返回缓存内容。
• MISS：缓存未命中，请求后端服务器并缓存结果。
• EXPIRED：缓存过期，请求后端服务器并更新缓存。
• STALE：使用旧缓存（proxy_cache_use_stale 生效时）。

X-Cache: HIT

2. 清理缓存

• 方法一：使用 ngx_http_cache_purge 模块（需编译时添加）：
  1. 重新编译 Nginx 并启用模块：
     bash

      

      

      

      

      

     ./configure --add-module=/path/to/ngx_http_cache_purge
     make && make install

      
  2. 配置清理接口：
     nginx

      

      

      

      

      

     location /purge {
       allow 127.0.0.1; # 允许清理的 IP
       deny all;
       proxy_cache_purge my_cache $scheme$host$request_uri; # 按缓存键清理
     }

      

     
     发送 POST 请求到 /purge?uri=/path/to/clear 即可删除对应缓存。

• 方法二：手动删除缓存文件：
  bash

   

   

   

   

   

  # 按缓存键哈希值删除（需先计算键的哈希值）
  key_hash=$(echo -n "$scheme$host$request_uri" | md5sum | cut -c1-2)/$(echo -n "$scheme$host$request_uri" | md5sum | cut -c3-4)/$(echo -n "$scheme$host$request_uri" | md5sum)
  rm -f /var/cache/nginx/cache/$key_hash

   

3. 监控缓存命中率

• 在日志中记录缓存状态：
  修改 nginx.conf 中的日志格式：
  nginx

   

   

   

   

   

  log_format cache_log '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                       '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                       '"$http_user_agent" "$proxy_cache_status"';
  access_log /var/log/nginx/access.log cache_log;

   

  
  

  日志中会显示每行请求的 $proxy_cache_status 值，通过统计 HIT 与 MISS 的比例计算命中率。
• 使用第三方工具：
  • Prometheus + Nginx Exporter：监控 Nginx 指标（如缓存命中数）。
  • Grafana：可视化缓存命中率趋势。

四、最佳实践与注意事项

1. 缓存策略优化

• 区分动态与静态内容：
  • 静态资源（如图片、CSS）优先通过浏览器缓存（Cache-Control: max-age=31536000）处理，减少 Nginx 缓存压力。
  • 动态内容（如 API 接口）使用 Nginx 反向代理缓存，设置合理过期时间（如 5-30 分钟）。
• 避免缓存敏感数据：
  对包含用户认证信息（如 Cookie、Authorization 头）的请求，禁用缓存（proxy_no_cache 1）。
• 热点数据预热：
  通过脚本提前请求热点 URL，将数据载入缓存（如启动时执行 curl -I http://example.com/hot-path）。

2. 性能调优

• 调整内存与磁盘占用：
  • keys_zone 大小：根据预估的缓存键数量调整（1MB ≈ 8000 键），避免频繁内存回收。
  • max_size：根据服务器磁盘空间设置，建议为后端数据总量的 1-3 倍。
• 启用 Sendfile 加速：
  nginx

   

   

   

   

   

  http {
    sendfile on;
    tcp_nopush on;
  }

   

  
  

  减少内核空间与用户空间的数据拷贝，提升静态文件传输效率。

3. 高可用性架构

• 缓存服务器集群：
  将 Nginx 缓存节点独立部署为集群，避免单机缓存失效影响全局。
• 后端服务器健康检查：
  结合 proxy_next_upstream 实现故障转移：
  nginx

   

   

   

   

   

  proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500;

   

五、示例配置文件

# /etc/nginx/nginx.conf
user nginx;
worker_processes auto;
http {
  include mime.types;
  default_type application/octet-stream;
  # 全局缓存配置
  proxy_cache_path /var/cache/nginx/cache
    levels=1:2
    keys_zone=my_cache:20m
    max_size=20g
    inactive=30m
    use_temp_path=on;
  server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    location / {
      proxy_pass http://backend; # 后端服务器组（需在 http 块中定义 upstream）
      proxy_set_header Host $host;
      proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
      # 缓存配置
      proxy_cache my_cache;
      proxy_cache_key $scheme$host$uri$is_args$args; # 包含查询参数
      proxy_cache_valid 200 302 6h;
      proxy_cache_valid 404 10m;
      add_header X-Cache $proxy_cache_status;
      # 禁止缓存带 Cookie 的请求
      if ($http_cookie ~* "sessionid") {
        proxy_no_cache 1;
        add_header Cache-Control "no-cache";
      }
    }
  }
  # 后端服务器组
  upstream backend {
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
  }
}

六、常见问题排查

1. 缓存未生效（始终返回 MISS）
   • 检查 proxy_cache 是否启用（是否关联到正确的 keys_zone）。
   • 确认 proxy_cache_key 是否包含必要变量（如 $host 避免跨域名缓存污染）。
   • 查看响应头是否有 Cache-Control: no-cache（可能被后端或 Nginx 配置覆盖）。
2. 缓存数据不一致
   • 确保后端数据更新时，通过接口清理对应缓存（如调用 /purge 接口）。
   • 检查 inactive 时间是否过长，导致旧数据未被及时删除。
3. 磁盘空间不足
   • 调整 max_size 或 inactive 时间，释放过期缓存。
   • 启用 proxy_cache_use_stale error timeout，在后端故障时继续返回旧缓存。