整潔的代碼，合理的架構是一個性能卓越的應用不可或缺的優點。同時在很多案例中，開發者投入一些精力在一些最基本的技術上，也可以帶來非常大的性能提升。這些基礎的技術包括就包括緩存技術。本文主要介紹下如何利用NGINX緩存提升系統性能。
nginx常常被當做反向代理、負載均衡器。同時nginx還具備強大的緩存特性，接下來我們將介紹如何配置nginx緩存。
如何配置最基礎的緩存。
使用最基本的緩存功能，只需要兩個NGINX指令：proxy_cache_path 和 proxy_cache。 proxy_cache_path 指令設置緩存路徑和一些緩存配置，proxy_cache 指令用來使用NGINX緩存。
proxy_cache_path 指令包含下面這些配置：
/path/to/cache/ 指定緩存存放的磁盤目錄。
levels=1:2 設置緩存存放的目錄結構為兩級，這個也是官方推薦的設置。設置默認是一級目錄結構，實驗表明在大量緩存文件被頻繁讀取的場景，文件讀取性能會降低。
keys_zone 設置一個共享的區域，用來存放緩存的key以及元數據，用來計算定時，緩存是不是命中等信息。1M的共享區域可以存儲大約8000個key,本例子設置的10M，大約可以存儲8萬個key。
max_size 設置允許nginx緩存使用的最大磁盤空間，比如本例子中允許使用的最大空間是10G，如果不設置，表示允許使用所有的磁盤空間。如果緩存佔用達到了設置的上限，緩存管理器會自動移除最近最少使用的數據。
inactive 指定一個緩存項最大多長時間，不被使用將被刪除。本例子中設置的是60m,表示如果一個緩存項，超過60分鐘沒有被再次請求，那麼緩存管理器會自動刪除此緩存，不管緩存是不是過期。inactive 內容和緩存過期（Expired）是兩個不同的概念。Nginx不會自動刪除緩存過期的內容，Expired (stale)內容只會在Inactive時間到了後，才會被緩存管理器刪除。
use_temp_path 官方推薦設置為off，用來改變nginx默認首次緩存文件被寫入臨時文件。設置為off後，緩存文件將不會先寫入臨時文件，然後後續移動到緩存目錄，避免緩存文件被copy帶來的系統開銷。
最後proxy_cache 指令用來控制如何使用nginx緩存，如上面例子，請求滿足配置規則進入location，請求到的內容將會被緩存。
proxy_cache 也可以在直接在server指令的作用域設置，如果location沒有設置proxy_cache，那麼將直接使用server的緩存設置。
NGINX中緩存的key是什麼格式？
nginx默認的緩存key 是$scheme$proxy_host$request_uri，然後做MD5 hash。$schema是nginx內置的變量，表示http 或者https。$proxy_host，$request_uri如何理解，請看下面的例子。
http://www.example.org/my_image.jpg請求對於上面的配置，緩存key就應該是md5(“http://my_upstream:80/my_image.jpg”)。
大家注意到$proxy_host被用在了生成緩存key。$proxy_host如何理解呢？location中proxy_pass指令指定的名字和端口，端口默認是80。
同時nginx緩存也支持，用戶自定義緩存的key,可以通過proxy_cache_key 進行設置，比如proxy_cache_key $uri$is_args$args;
ps: $is_args 代表請求中的 ？
如何指定緩存過期時間？
要理清楚此問題，首先需要了解http請求，是如何控制緩存的以及如何校驗緩存是不是失效。
緩存控制大家最常見到的是Pragma，Cache-Control，Expires關鍵字。
http不同的版本控制緩存方式是不一樣的，我們先講http1.0，1.0時代控制比較簡單：Pragma: no-cache時，表示禁用緩存，Expires的值是一個GMT時間，表示該緩存的有效時間，但是實際使用的時候，本地時間和服務器時間可能不一致。
http1.1通過Cache-Control來控制緩存。使用Last-Modified,或者etag來校驗緩存。
首先講一下Last-Modified。服務端在返回資源時，會將該資源的最後更改時間通過Last-Modified字段返回給客戶端。客戶端下次請求時通過If-Modified-Since或者If-Unmodified-Since帶上Last-Modified，服務端檢查該時間是否與服務器的最後修改時間一致：如果一致，則返回304狀態碼，不返回資源；如果不一致則返回200和修改後的資源，並帶上新的時間，如下圖：
單純的以修改時間來判斷還是有缺陷，比如文件的最後修改時間變了，但內容沒變。對於這樣的情況，我們可以使用etag來處理。
etag的方式是這樣：服務器通過某個算法對資源進行計算，取得一串值(類似於文件的md5值)，之後將該值通過etag返回給客戶端，客戶端下次請求時通過If-None-Match或If-Match帶上該值，服務器對該值進行對比校驗：如果一致則不要返回資源。
If-None-Match和If-Match的區別是：
If-None-Match：告訴服務器如果一致，返回狀態碼304，不一致則返回資源
If-Match：告訴服務器如果不一致，返回狀態碼412
如上http1.0、http1.1現在的http2.0，一些開發為了兼容複雜的環境，索性代碼中一併兼容。
nginx默認不支持http1.0。如果要NGINX識別Pragma。開發者需要額外配置。
nginx默認支持是1.1的緩存控制，如果請求響應Cache-Control設置為Private, No-Cache, or No-Store 或者攜帶 cookie，nginx默認行為是不會緩存結果的。同時GET,HEAD請求才有可能被緩存。
服務器端可以Cache-Control:max-age=xxx (xxx is numeric),開控制緩存的過期時間。
NGINX 可以改變緩存Cache-Control的行為嗎？
如上截圖，nginx通過proxy_ignore_headers 指令可以忽略Cache-Control頭部，強行設置緩存有效期是30分鐘。如果沒有設置有效期，nginx默認行為是不會緩存內容的。
緩存失效後，如何控制併發更新？
nginx提供了proxy_cache_lock 指令，這個指令打開後，如果併發請求未命中緩存(MISS)，只允許一個請求到後端請求結果，其他請求等待結果，從緩存中拿數據。這個相當於一個分佈式鎖。在高併發場景非常有用。如果沒有設置的話，多個請求都會直接回源到後端。
proxy_cache_lock_age、proxy_cache_lock_timeout 可以進一步控制鎖的行為。
緩存失效後，如果觸發自動更新？
如上面截圖，proxy_cache_use_stale指令中增加updating，同時proxy_cache_background_update 設置為on,當一個請求 返現緩存是過期的內容或者緩存正在被更新過程中，那麼此時會先返回給客戶端一個過期的內容，同時後臺會自動更新緩存。
緩存未失效，如何手動越過緩存直接回源？
這樣的場景，我理解可能有兩種，一種是想驗證下緩存是不是正確，第二種場景強制手動更新緩存。可以通過nginx緩存提供的proxy_cache_bypass指令來實現。
proxy_cache_bypass告訴nginx緩存，如果請求參數或者cookie中有nocache，那麼請求將回源到後端服務，而不是優先從緩存中取，請求之後的結果會被再次緩存。如下面這個請求http://www.example.com/?nocache=true。
如何統計緩存命中率？
nginx內置的變量 $upstream_cache_status,可以獲得緩存的使用情況，開發可以將此狀態打在日誌中，或者增加到http頭部，此變量可能有的取值，MISS, BYPASS, EXPIRED, STALE, UPDATING, REVALIDATED, HIT。統計請求中緩存狀態，就可以知道緩存使用情況。
後端服務掛了，服務如何降級？
nginx緩存功能一大特點是當後端服務不能正常響應的時候，比如服務掛了，或者出現臨時出現毛刺，可以通過配置服務降級，直接從緩存中取出內容，儘管此時緩存中的內容，已經不是最新值。在某些場景下，服務降級比服務直接掛了，會帶來更好的用戶體驗。
proxy_cache_use_stale 指令可以設置服務出現問題後緩存的表現。
和上面同樣的配置，只是額外增加proxy_cache_use_stale 指令，如果nginx收到後端服務error,timeout,或者500,502,503,504響應的時候,緩存雖然已經過期，但是還沒有被緩存緩存管理器刪除，那麼此時nginx就可以直接給用戶返回已經過期的內容。
參考：
https://my.oschina.net/u/1024333/blog/495780
https://blog.csdn.net/u012375924/article/details/82806617
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