Nginx | 核心知识150讲，百万并发下性能优化之其它HTTP框架下反向代理场景

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前言简述

描述：上一章《Nginx | 核心知识150讲，百万并发下性能优化之前端静态缓存、后端动态缓存实践笔记》，作者介绍了 Nginx 在 HTTP 反向代理中缓存相关的指令，并实践了通过缓存机制优化了网站的访问速度，以及在上游服务器异常时，通过缓存机制，避免了上游服务器网络波动所带来的影响。

本章节将继续介绍 Nginx 在其它反向代理场景（例如：uwsgi、fastcgi、scgi、memcached）下的指令，分别实践在 Memcached 反向代理场景下，如何通过 nginx 转发请求到 Memcached 服务上，和在 Websocket 反向代理场景下，如何通过 nginx 实现 Websocket 协议的转发，最后在 gRPC 反向代理场景下，如何通过 nginx 实现 gRPC 协议的转发。

好了，废话不多说，让我们开始今天的旅程吧。

温馨提示：若文章代码块中存在乱码或不能复制，请联系作者，也可通过文末的阅读原文链接，加入知识星球中阅读，原文链接：https://articles.zsxq.com/id_7wc0af7viwqr.html

0x01 反向代理指令功能对照表

本小节将主要提供 http 反向代理与uwsgi、fastcgi、scgi 反向代理的相关指令功能对照表，方便运维开发人员对 nginx 不同场景下反向代理指令的快速查阅，有助于提提运维开发人员的工作效率。

下述，作者将按照指令功能进行分类、归纳，并以表格的形式呈现 nginx 反向代理指令的功能对照表。

1.构造请求内容

2.建立连接与请求发送

3.接收处理上游响应

4.转发处理上游响应

5.处理缓存类指令

5.反向代理 SSL 证书相关指令

6.独有配置指令

Nginx 反向代理 Memcached 指令浅析与实践

上一章，我们对照 http 七层反向代理指令，介绍了其它三个功能完善的反向代理模块的指令，相信大家通过前面 http 反向代理相关的指令学习，举一反三后也可轻松掌握其它三个模块的指令。这一小节，作者将介绍一个功能相对简单的应用层反向代理模块，即 memcached 反向代理。

由 ngx_http_memcached_module 模块提供了 memcached 应用层反向代理，该模块默认已经编译在 Nginx 中，目前仅支持 memcached 协议格式中的GET请求。其转换流程为将客户端传来的HTTP GET请求根据参数转换为 memcached 协议命令，获取对应key的值并返回给用户。

协议格式

# get 命令格式, 可跟多个K, 以 rn 结尾
get <K>

# set 命令格式：温馨提示由于 set 命令反向代理不支持，这里介绍其主要是为了在 memcached 命令行中演示使用，同样是以 rn 结尾
set <key> <flags> <exptime> <bytes>

- key: 存储的键值。
- flags: 标志位，通常设置为0，表示key所属标签或类别。
- exptime: 过期时间，单位为秒，其中 0 表示永久不过期。
- bytes: 存储数据的字节数。

工作原理

1.使用变量 $memcached_key 捕获客户端请求中相关值，作为关键字2.然后将构造后的命令发送至上游 Memcached 服务中3.接受上游 Memcached 服务返回的数据，并将其作为 HTTP 响应体传递给客户端

指令参数

memcached_pass：指定上游 Memcached 服务器地址，可以是 IP:PORT 或者 socket 路径。

Syntax: memcached_pass address;
Default: —
Context: location, if in location

memcached_bind：绑定本地连接地址。

Syntax: memcached_bind address [transparent ] | off;
Default:—
Context:  http, server, location

# 参数说明：
transparent: 启用透明代理模式，即客户端IP地址将被传递给上游服务器。

memcached_buffer_size：设置用于读取从memcached服务器接收响应缓冲区大小，与 proxy_buffer_size 指令类似一致。

Syntax: memcached_buffer_size size;
Default: memcached_buffer_size 4k|8k;
Context: http, server, location

memcached_connect_timeout：设置连接上游 Memcached 服务器超时时间。

Syntax: memcached_connect_timeout time;
Default: 
memcached_connect_timeout 60s;
Context: http, server, location

memcached_socket_keepalive：设置是否开启与上游 Memcached 服务器间开启 TCP keepalive 模式。

Syntax: memcached_socket_keepalive on | off;
Default: memcached_socket_keepalive off;
Context: http, server, location

memcached_gzip_flag：启用 memcached 服务器响应中压缩标志，如果设置了标志，则将“Content-Encoding”响应头字段设置为“gzip”。

Syntax: memcached_gzip_flag flag;
Default: —
Context: http, server, location

memcached_next_upstream：定义在何种情况下将请求转发至下一台上游服务器，同样与 proxy_next_upstream 指令类似。

memcached_next_upstream_timeout：定义限制请求可以传递到下一个服务器的时间,其中 0 值表示关闭此限制，同样与 proxy_next_upstream_timeout 指令类似。

memcached_next_upstream_tries：定义请求可以传递到下一个服务器的最大次数，其中 0 值表示关闭此限制。

Syntax: memcached_next_upstream error | timeout | denied | invalid_response | not_found | off ...;
Default: memcached_next_upstream error timeout;
Context: http, server, location

# 参数说明：
error: 如果上游服务器返回错误，则自动切换到下一个可用上游（若只有一个后端上游则无法自动切换）。
timeout: 如果上游服务器响应超时，则转发请求。
denied: 如果上游服务器返回403，则转发请求。
invalid_response: 如果上游服务器返回无效响应，则转发请求。
not_found: 如果上游服务器返回404，则转发请求。
off: 禁用自动转发请求。

Syntax: memcached_next_upstream_timeout time;
Default: memcached_next_upstream_timeout 0;
Context: http, server, location

Syntax: memcached_next_upstream_tries number;
Default: memcached_next_upstream_tries 0;
Context: http, server, location

memcached_read_timeout：定义从 memcached 服务器读取响应的超时时间。

memcached_send_timeout：设置向 memcached 服务器发送请求的超时时间。

Syntax: memcached_read_timeout time;
Default: memcached_read_timeout 60s;
Context: http, server, location

Syntax: memcached_send_timeout time;
Default: memcached_send_timeout 60s;
Context: http, server, location

memcached_allow_upstream：定义是否允许转发请求的上游服务器地址，其中非空字符串以及非 0 值表示允许。

Syntax: memcached_allow_upstream string ...;
Default: —
Context: http, server, location

# 使用示例
geo $upstream_last_addr$allow {
  volatile;
  10.10.0.0/24        1;
}

server {
    listen 127.0.0.1:8080;

    location / {
      set                      $memcached_key"$uri?$args";
      memcached_pass           host:11211;
      memcached_allow_upstream $allow;
      ...
    }
}

另外，前面提到过，其内置变量名为 $memcached_key，定义用于从 memcached 服务器中获取其存储的键。

示例演示

为了演示 memcached 反向代理模块，我们先搭建一个 Memcached 服务。由于作者测试环境使用的是国产操作系统 OpenEuler 24.03 LTS ，因此这里将以其在软件源方式安装 Memcached 为例进行演示。

步骤 01. 更新软件源列表，并安装 python3-memcached 依赖软件包

yum update
yum install memcached python3-memcached

步骤 02. 配置 Memcached 服务，根据实际需求进行配置，注意将其 OPTIONS 配置为允许外部访问，例如：作者添加了允许外部访问的 IP 地址 10.20.172.214。

$ vim /etc/sysconfig/memcached
PORT="11211"     # 监听端口
USER="memcached" # 运行用户
MAXCONN="1024"   # 最大连接数
CACHESIZE="128"  # 缓存大小（MB为单位）
OPTIONS="-l 127.0.0.1,::1,10.20.172.214"  # 其它参数：-l 允许外部访问的 IP 地址列表，使用逗号分隔

步骤 03. 并设置为开机自启，并启动 Memcached 服务

systemctl enable memcached.service
systemctl start memcached.service

步骤 04.查看 Memcached 服务状态

# 查看 Memcached 服务状态
systemctl status memcached.service

# 使用其命令行工具查看 Memcached 状态信息，缺省断开 11211 
memcached-tool 10.20.172.214 stats

# 显示 Memcached slabs 信息
memcached-tool 10.20.172.214:11211
#  Item_Size  Max_age   Pages   Count   Full?  Evicted Evict_Time OOM
1      96B      2111s       1       2      no        0        0    0

weiyigeek.top-查看验证 Memcached 服务状态图

步骤 05. 使用 telnet 测试 Memcached 服务是否正常运行，并添加后续 Nginx 在 Memcached 反向代理中所需的 Key 值。

$ telnet 127.0.0.1 11211
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.

# 添加 Key
> set name 0 0 9
weiyigeek
STORED

# 获取 Key
> get name
VALUE name 0 9
weiyigeek
END

# 添加一个压缩 key
> set url 2 0 13
weiyigeek.top
STORED

# 获取压缩 key
> get url
VALUE url 2 13
weiyigeek.top
END

温馨提示：在Memcached中，数据压缩不是通过一个显式的命令参数来直接开启的，而是由客户端在发送数据到Memcached服务器时自动完成的（需要客户端支持并配置），且通常只对超过一定大小的值有效，例如上述例子中。

> set url 2 0 13
# 命令解释：
set : 命令，表示存储键值对，如果键已存在则覆盖。
url : 键名。
2 : 标志位（flags）。这是一个16位的无符号整数，由客户端自由定义，用于存储关于该值的一些元数据。服务器会原样存储并返回它，但本身不解释它。客户端可以用它来标记数据类型（如JSON、序列化数据、是否压缩等）。
0 : 过期时间（expiration time），单位为秒。0 表示永不过期。
13 : 数据块的长度（字节数）。这告诉服务器后面将接收13个字节的数据。

步骤 06. 配置 Nginx，并启用 memcached 反向代理模块

# 虚拟主机配置，反向代理到上游服务器组
server {
  listen 80;
  server_name test.weiyigeek.top;
  charset utf-8;
  default_type text/plain;

# 启用 HTTP/2 支持
  http2 on;

# 日志文件
  access_log /var/log/nginx/test.log main;
  error_log /var/log/nginx/test.err.log debug;

# 获取常规键
  location /get {
    set$memcached_key"$arg_key";
    memcached_bind 10.20.172.214;
    memcached_socket_keepalive on;
    memcached_read_timeout 60s;
    memcached_send_timeout 60s;
    memcached_pass 127.0.0.1:11211;
  }

# 获取压缩键
  location /getgzip {
    set$memcached_key"$arg_key";
    memcached_gzip_flag 2;
    memcached_bind 10.20.172.214;
    memcached_pass 10.20.172.214:11211;
  }
}

步骤 07.同样，配置完成后，验证并重启 Nginx 服务，之后使用 curl 命令测试反向代理是否正常工作。

# 验证并重启
nginx -t && nginx -s reload

# 获取在 Memcached 中存储的非压缩键 name
curl -i http://test.weiyigeek.top/get?key=name;echo

# 获取在 Memcached 中存储的压缩键 url
curl -i http://test.weiyigeek.top/getzip?key=url;echo

weiyigeek.top-验证Nginx中反向代理Memcached图

至此，我们就完成了 Nginx 反向代理 Memcached 的配置和测试。

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