Nginx 缓存的工作原理

本文分享自天翼云开发者社区《Nginx 缓存的工作原理》.作者：云海
Nginx 缓存的工作原理

Nginx 缓存分为多种类型，最常见的是代理缓存（Proxy Cache）。
1. 代理缓存（Proxy Cache）

代理缓存的核心原理是：
当客户端请求到达 Nginx 时，Nginx 会检查缓存中是否存在匹配的内容。如果存在，直接返回缓存内容；如果不存在，则向后端请求数据，并将响应结果存储到缓存中，供后续请求使用。
缓存文件的存储结构

Nginx 将缓存内容存储在磁盘中，使用了分层目录结构。例如：
/var/cache/nginx/
├── 1
│   ├── 2
│   │   ├── abc12345.cache
缓存文件名通常是根据请求 URL 计算的哈希值生成的，避免冲突。
缓存控制

Nginx 使用 Cache-Control 和 Expires 等 HTTP 头部字段来决定缓存的有效性。如果后端响应中包含 Cache-Control: no-cache 或 Cache-Control: max-age=0，则不会将内容缓存。
Nginx 缓存配置示例

以下是一个完整的代理缓存配置示例：
http {
    # 定义缓存路径
    proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=1g inactive=60m use_temp_path=off;
    server {
        listen 80;
        # 启用代理缓存
        location / {
            proxy_cache my_cache;                 # 使用名为 my_cache 的缓存区域
            proxy_pass $scheme://backend_server;     # 转发到后端服务器
            proxy_cache_valid 200 302 10m;       # 对 200 和 302 响应缓存 10 分钟
            proxy_cache_valid 404 1m;            # 对 404 响应缓存 1 分钟
            proxy_cache_use_stale error timeout; # 后端不可用时使用过期缓存
        }
    }
}
配置说明

• proxy_cache_path：定义缓存目录、大小、过期时间等参数。
  
• proxy_cache：启用缓存并指定缓存区域。
  
• proxy_cache_valid：定义不同状态码的缓存时间。
  
• proxy_cache_use_stale：指定在后端出错时是否使用过期缓存。
  

Nginx 缓存优化建议

• 合理规划缓存策略
  
  
  
  • 针对静态文件设置较长的缓存时间（如数天或数周）。
    
  • 动态内容可根据业务需求设置较短的缓存时间（如几分钟）。
    
  
  
• 优化缓存目录
  
  
  
  • 将缓存目录存储在高速磁盘（如 SSD）上。
    
  • 合理设置缓存目录的层级（如 levels=1:2），避免单个目录下的文件过多。
    
  
  
• 结合外部缓存系统
  
  
  
  • 对于分布式部署的场景，可以结合 Redis 或 Memcached 等外部缓存系统，保证数据一致性。
    
  
  

Nginx 缓存的优势与限制

优势

• 高效：Nginx 通过事件驱动模型实现了高性能缓存管理。
  
• 灵活：支持多种缓存策略，适应不同的业务需求。
  
• 易用：通过简单的配置即可实现强大的缓存功能。
  

限制

• 磁盘 IO 受限：缓存文件存储在磁盘上，高并发场景可能受到磁盘性能瓶颈的限制。
  
• 缺乏缓存失效通知：当后端数据更新时，Nginx 无法主动清除对应的缓存内容。
  
• 复杂的缓存规则：在复杂场景下，需要手动配置缓存规则，容易出错。
  

总结

Nginx 的缓存服务是其性能优化的核心功能之一，通过合理配置缓存，可以显著提高网站的响应速度，降低后端服务器压力。掌握缓存的工作原理、配置方法以及优化技巧，将使您在处理高并发、高流量的 Web 服务时游刃有余。

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