Nginx學(xué)習(xí)：FastCGI模塊（二）緩存配置

通過上篇文章的學(xué)習(xí)，普通的 PHP 與 Nginx 的連接就已經(jīng)沒啥大問題了。一般的網(wǎng)站直接那套配置就夠了，這也是 Nginx 非常友好的一面。很多在默認(rèn)的配置文件中注釋掉的內(nèi)容，只要打開就是可以直接使用的。不過，F(xiàn)astCGI 可不是一個小模塊，還有很多的配置指令，要想深入，要想調(diào)優(yōu)，這些指令還是多少要了解一下的。

今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容基本上也都是可以設(shè)置在 http、server、location 中的，有特殊情況的我會單獨說。

FastCGI緩存配置

是的，你沒看錯，F(xiàn)astCGI 也有緩存系統(tǒng)，但它走的是文件緩存。通過之前的學(xué)習(xí)，我們知道 Nginx 對靜態(tài)文件的優(yōu)化還是相當(dāng)強(qiáng)悍的，因此，文件緩存的效率并不低。

對于動態(tài)網(wǎng)站來說，如果走 UnixSocket ，其實網(wǎng)絡(luò)開銷不大，而且即使是走端口請求的 FastCGI ，通常也是本地部署，對于動態(tài)語言來說不會有太大的性能影響。當(dāng)然，如果你使用的是 Laravel 這種重型框架，即使啥都不做，也是有一些性能損耗的。如果再加上數(shù)據(jù)庫讀寫或者其它 IO 操作的話，性能還會進(jìn)一步下降。通常來說我們會怎么做呢？上 Redis 做緩存。是的，這沒問題，不過 Nginx 的 FastCGI 緩存也值得一試，起碼不用再裝第三方組件了。

我們先來看一套配置。

首先，需要在 http 模塊下定義緩存路徑。

// http 下面，不能放在 server 或者 location 下
fastcgi_cache_path cache levels=1:2 keys_zone=fcgi:10m;

先不用管參數(shù)是啥意思，現(xiàn)在你只要知道第一個參數(shù)是指定緩存文件存放的路徑就好了。這個路徑可以是相對也可以是絕對路徑，現(xiàn)在我們配的是相對路徑，默認(rèn)就會是程序運行目錄下新建一個 cache 目錄。我這里就是 /usr/local/nginx/cache 。

然后進(jìn)行緩存相關(guān)的配置。

location ^~ /fastcgi2/ {
  alias html/fastcgi1/;
  fastcgi_pass unix:/var/sock/php-fpm/www.sock;
  fastcgi_index  index.php;
  fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME $request_filename;
  include        fastcgi_params;

  fastcgi_cache fcgi;
  fastcgi_cache_valid 200 302 301 5m;
  fastcgi_cache_valid any 1m;
  fastcgi_cache_key fgi$request_method://$host$request_uri;
}

上半部分沒什么新鮮的，不過有一點，我們使用了 alias ，并且將 SCRIPT_FILENAME 設(shè)置為 $request_filename 了，其實就是想使用文章中的 fastcgi1 這個目錄。

然后加了三個 fastcgi_cache 相關(guān)的配置，暫時也不用管它，我們后面會一個一個地介紹，先看效果。

現(xiàn)在重載配置，并且訪問 /fastcgi2/1.php?c=1 。結(jié)果正常，不急，先看下目錄情況。

ll /usr/local/nginx/cache/7/31/
total 4
-rw------- 1 www www 1598 Aug 24 10:36 72116ad9a0fa863d35002f652d3b2317

目錄生成了，還有一個緩存文件也出現(xiàn)了。接著，查看一下文件內(nèi)容。

^E^@^@^@^@^@^@^@??^Ec^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@????????N^Ec^@^@^@^@?y7?^@^@?^A?^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@
KEY: fcgiGET://192.168.56.88/fastcgi2/1.php?c=1
^A^F^@^A^D?^C^@X-Powered-By: PHP/7.2.24^M
Content-type: text/html; charset=UTF-8^M
^M
Array
(
    [USER] => www
    [HOME] => /home/www
    [HTTP_COOKIE] => a=123; b=321
    [HTTP_CONNECTION] => keep-alive
    [HTTP_ACCEPT_ENCODING] => gzip, deflate, br
    [HTTP_HOST] => 192.168.56.88
    [HTTP_POSTMAN_TOKEN] => 09d5caca-7903-458e-b181-9f8c5b3e2520
    [HTTP_ACCEPT] => */*
    [HTTP_USER_AGENT] => PostmanRuntime/7.29.2
    [REDIRECT_STATUS] => 200
    [SERVER_NAME] => core.nginx.test
    [SERVER_PORT] => 80
……………………
……………………

上面一堆亂碼，下面有個 Key 信息，然后是響應(yīng)頭信息，最后是正常返回的響應(yīng)體內(nèi)容。沒錯，就是我們所請求的頁面的內(nèi)容。

接下來，嘗試修改 /fastcgi1/1.php 文件，然后再次請求，你會發(fā)現(xiàn)返回的結(jié)果不會有什么變動了，這就是緩存生效了。啥時候失效呢？等 5 分鐘，也就是 fastcgi_cache_valid 配置項定義的時間，或者添加一個條件可以不走緩存，比如：

fastcgi_cache_bypass $arg_nocache;

$arg_[name] 變量還記得是啥吧，這樣我們再次訪問頁面，添加一個 GET 參數(shù) nocache ，隨便給一個非 0 值，就不會走緩存了。想要清除緩存怎么辦？抱歉，這是商業(yè)版的功能，也就是 fastcgi_cache_purge指令提供的功能，我們沒法用，要想像 Redis 一樣可以刪除，要么手動去刪除緩存目錄，要么使用第三方模塊比如 ngx_cache_purge

好了，一套簡單的配置就完成了。不過 FastCGI 的緩存模塊所擁有的配置指令遠(yuǎn)不止這些，我們接下來就一個一個詳細(xì)地學(xué)習(xí)一下。

fastcgi_cache_path

設(shè)置緩存的路徑和其他參數(shù)，只能配置在 http 模塊中。

fastcgi_cache_path path [levels=levels] [use_temp_path=on|off] keys_zone=name:size [inactive=time] [max_size=size] [min_free=size] [manager_files=number] [manager_sleep=time] [manager_threshold=time] [loader_files=number] [loader_sleep=time] [loader_threshold=time] [purger=on|off] [purger_files=number] [purger_sleep=time] [purger_threshold=time];

緩存數(shù)據(jù)會存儲在這個配置所指定的目錄的文件中。緩存中的鍵名和文件名都是將 MD5 函數(shù)應(yīng)用于代理 URL 的結(jié)果。 levels 參數(shù)定義緩存的層次級別：從 1 到 3，每個級別接受值 1 或 2。它和后面我們會學(xué)到的 log_format 比較像，都必須在 http 中定義，而且可以通過不同的名字定義多個，后面要用的時候指定名稱就行了。在這個配置中就是 keys_zone 這個參數(shù)，表示共享內(nèi)存區(qū)域。所有活動密鑰和有關(guān)數(shù)據(jù)的信息都存儲在共享內(nèi)存區(qū)域中，其名稱和大小由 keys_zone 參數(shù)配置。一兆字節(jié)的區(qū)域可以存儲大約 8000 個密鑰。如果是商業(yè)版本，共享內(nèi)存區(qū)域還存儲擴(kuò)展緩存信息，因此，需要為相同數(shù)量的鍵指定更大的區(qū)域大小。例如，一兆字節(jié)的區(qū)域可以存儲大約 4000 個密鑰。

第一個參數(shù) path 就是路徑，這個是需要我們指定的，這個配置項沒有默認(rèn)值，不配置 fastcgi_cache_path ，后面的 fastcgi_cache 就沒法用，整個緩存功能也就無法使用。緩存中最終存儲的完整文件名就像是我們上面看到的：

/usr/local/nginx/cache/7/31/72116ad9a0fa863d35002f652d3b2317

緩存的響應(yīng)會首先寫入臨時文件，然后重命名該文件到指定的緩存目錄。從 0.8.9 版本開始，臨時文件和緩存可以放在不同的文件系統(tǒng)上。但是，請注意，在這種情況下，文件是跨兩個文件系統(tǒng)復(fù)制的，而不是廉價的重命名操作。因此，建議對于任何給定位置，緩存和保存臨時文件的目錄都放在同一個文件系統(tǒng)上。根據(jù) use_temp_path 參數(shù) (1.7.10) 設(shè)置臨時文件的目錄。如果此參數(shù)被省略或設(shè)置為值 on，將使用由 fastcgi_temp_path 指令為給定位置設(shè)置的目錄。如果該值設(shè)置為 off，則臨時文件將直接放在緩存目錄中。 這個指令我們將在下篇文章中學(xué)習(xí)到。

在 inactive 參數(shù)指定的時間內(nèi)未訪問的緩存數(shù)據(jù)將從緩存中刪除，無論其新鮮度如何。默認(rèn)情況下，非活動設(shè)置為 10 分鐘。

特殊的“緩存管理器”進(jìn)程監(jiān)控由 max_size 參數(shù)設(shè)置的最大緩存大小，以及由 min_free (1.19.1) 參數(shù)設(shè)置的帶緩存文件系統(tǒng)上的最小可用空間量來決定。當(dāng)超出大小或沒有足夠的可用空間時，它會刪除最近最少使用的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在 manager_files、manager_threshold 和 manager_sleep 參數(shù) (1.11.5) 配置的迭代中被刪除。在一次迭代中，最多刪除 manager_files 個項目（默認(rèn)為 100）。一次迭代的持續(xù)時間受 manager_threshold 參數(shù)的限制（默認(rèn)為 200 毫秒）。在迭代之間，由 manager_sleep 參數(shù)配置的暫停（默認(rèn)為 50 毫秒）。

啟動后一分鐘，特殊的“緩存加載器”進(jìn)程被激活。它將有關(guān)存儲在文件系統(tǒng)上的先前緩存數(shù)據(jù)的信息加載到緩存區(qū)域中。加載也是在迭代中完成的。在一次迭代中，最多加載 loader_files 個項目（默認(rèn)情況下，100 個）。此外，一次迭代的持續(xù)時間受 loader_threshold 參數(shù)的限制（默認(rèn)為 200 毫秒）。在迭代之間，由 loader_sleep 參數(shù)配置的暫停（默認(rèn)為 50 毫秒）。

最后，其它的一些參數(shù)都是商業(yè)版的，沒法用，也沒法測，不討論了。我們直接來看看多配置一個，然后將前面的例子換成新的路徑配置。

// http下
fastcgi_cache_path cache1 use_temp_path=on levels=1 keys_zone=fff:1m;

// fastcgi2 的 location 下
fastcgi_cache fff;
fastcgi_cache_key fff$request_method://$host$request_uri;

重載配置后，看看新的緩存文件是不是生成到了 cache1 目錄下了。這里有兩個小問題需要注意下：

• 原來那個 fastcgi_cache_path 不用刪，和 log_format 一樣，同時配置多個，只要名稱不同就行了
• fastcgi_cache_key 需要稍做修改，它是決定緩存 key 的，如果不改，還會走原來的緩存

fastcgi_cache

定義用于緩存的共享內(nèi)存區(qū)域。

fastcgi_cache zone | off;

默認(rèn)值是 off ，就是上面那個配置中 keys_zone 所定義的共享區(qū)域名稱。同一個區(qū)域可以在多個地方使用。參數(shù)值可以包含變量 (1.7.9)。 off 參數(shù)禁用從先前配置級別繼承的緩存。

最主要的作用就是表明當(dāng)前的 server 或 location 使用哪個緩存路徑配置，或者在 http 下定義一個全局的也可以。

fastcgi_cache_background_update

允許啟動后臺子請求以更新過期的緩存項，同時將過時的緩存響應(yīng)返回給客戶端。

fastcgi_cache_background_update on | off;

默認(rèn)是關(guān)閉的，請注意，有必要在更新時允許使用陳舊的緩存響應(yīng)。

fastcgi_cache_bypass

定義不從緩存中獲取響應(yīng)的條件。

fastcgi_cache_bypass string ...;

沒有默認(rèn)值，上面我們已經(jīng)用過啦，其實它的意思是如果字符串參數(shù)中至少有一個值不為空且不等于“0”，則不會從緩存中獲取響應(yīng)：

fastcgi_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache$arg_comment;
fastcgi_cache_bypass $http_pragma    $http_authorization;

這兩行有點復(fù)雜了吧，其實是一樣的意思，cookie 或請求參數(shù)中有 nocache 字段，或者請求頭有 Pragma 或 Authoriaztion ，并且這些字段都不是空或0的時候，就不走緩存，前面我們演示過效果啦。它可以與 fastcgi_no_cache 指令一起使用。

fastcgi_cache_key

定義一個用于緩存的鍵。

fastcgi_cache_key string;

上面也已經(jīng)用過了，并且還提到注意的地方了，一般來說，請求地址加 URI 就夠了，不過最好再加上請求方法以及你可能需要的字段拼接成一個字符串就好了。

fastcgi_cache_lock

啟用后，一次只允許一個請求通過將請求傳遞給 FastCGI 服務(wù)器來填充根據(jù) fastcgi_cache_key 指令標(biāo)識的新緩存元素。

fastcgi_cache_lock on | off;

默認(rèn)值 off ，其實就是緩存過期后，如果有多個相同緩存元素的請求同時到達(dá)，要怎么處理，就像更新 Redis 時如果多個請求到達(dá)會產(chǎn)生擊穿問題一樣，這里也是加鎖來解決。相同緩存元素的其他請求要么等待響應(yīng)出現(xiàn)在緩存中，要么等待釋放該元素的緩存鎖，直到由 fastcgi_cache_lock_timeout 指令設(shè)置的時間。

fastcgi_cache_lock_age

如果傳遞給 FastCGI 服務(wù)器以填充新緩存元素的最后一個請求在指定時間內(nèi)未完成，則可以將另一個請求傳遞給 FastCGI 服務(wù)器。

fastcgi_cache_lock_age time;

默認(rèn)值 5s 。

fastcgi_cache_lock_timeout

為 fastcgi_cache_lock 設(shè)置超時。

fastcgi_cache_lock_timeout time;

默認(rèn)值 5s ，當(dāng)時間到期時，請求將被傳遞到 FastCGI 服務(wù)器，但是，響應(yīng)不會被緩存。在 1.7.8 之前，可以緩存響應(yīng)。

fastcgi_cache_max_range_offset

為字節(jié)范圍請求設(shè)置字節(jié)偏移量。

fastcgi_cache_max_range_offset number;

如果范圍超出偏移量，范圍請求將被傳遞到 FastCGI 服務(wù)器，并且響應(yīng)不會被緩存。

fastcgi_cache_methods

如果此指令中列出了客戶端請求方法，則響應(yīng)將被緩存。

fastcgi_cache_methods GET | HEAD | POST ...;

“GET”和“HEAD”方法總是添加到列表中，但建議明確指定它們。另請參見 fastcgi_no_cache 指令。

這個好測，可以先刪了緩存文件，然后使用 POST 請求我們之前的測試文件，就會發(fā)現(xiàn)沒有緩存文件產(chǎn)生。這時配置一條這個指令加上 POST ，緩存就正常生效了。

fastcgi_cache_min_uses

設(shè)置將緩存響應(yīng)的請求數(shù)。

fastcgi_cache_min_uses number;

默認(rèn)值 1 ，意思就是，只要有一條請求來了，就緩存，一般不用改它。

fastcgi_cache_purge

定義將請求視為緩存清除請求的條件。

fastcgi_cache_purge string ...;

商業(yè)版本提供的，咱們沒有。

fastcgi_cache_revalidate

使用帶有“If-Modified-Since”和“If-None-Match”標(biāo)頭字段的條件請求啟用過期緩存項的重新驗證。

fastcgi_cache_revalidate on | off;

默認(rèn)值 off ，就是通過請求頭中的 HTTP 緩存相關(guān)字段來做為緩存的更新依據(jù)，需要我們 PHP 代碼中添加響應(yīng)頭及處理，我沒測試也沒寫了，如果哪天有需要再試試。

fastcgi_cache_use_stale

確定在與 FastCGI 服務(wù)器通信期間發(fā)生錯誤時可以使用陳舊緩存響應(yīng)的情況。

fastcgi_cache_use_stale error | timeout | invalid_header | updating | http_500 | http_503 | http_403 | http_404 | http_429 | off ...;

默認(rèn)值是 off ，這個指令的參數(shù)與 fastcgi_next_upstream 指令的參數(shù)相匹配。如果無法選擇用于處理請求的 FastCGI 服務(wù)器，則錯誤參數(shù)還允許使用過時的緩存響應(yīng)。此外，如果當(dāng)前正在更新，更新參數(shù)允許使用陳舊的緩存響應(yīng)。這允許在更新緩存數(shù)據(jù)時最大限度地減少對 FastCGI 服務(wù)器的訪問次數(shù)。

在響應(yīng)過時 (1.11.10) 后的指定秒數(shù)內(nèi)，也可以直接在響應(yīng)標(biāo)頭中啟用使用過時的緩存響應(yīng)。這比使用指令參數(shù)的優(yōu)先級低。

• 如果當(dāng)前正在更新，則“Cache-Control”標(biāo)頭字段的“stale-while-revalidate”擴(kuò)展允許使用過時的緩存響應(yīng)。
• “Cache-Control”標(biāo)頭字段的“stale-if-error”擴(kuò)展允許在發(fā)生錯誤時使用過時的緩存響應(yīng)。

為了在填充新緩存元素時盡量減少對 FastCGI 服務(wù)器的訪問次數(shù)，可以使用 fastcgi_cache_lock 指令。

看明白了嗎？是不是一臉懵B？其實我們只需要設(shè)置一個 fastcgi_cache_use_stale http_500 來進(jìn)行測試，首先正常訪問頁面生成緩存后，修改測試用的 PHP 文件，throw 一個異常，這樣就會返回 500 了，然后等緩存時間過了，會發(fā)現(xiàn)頁面依然還可以正常打開。這就是它的作用，當(dāng)然，并不是說不報錯了，錯誤信息會顯示在日志中，但前臺依然會返回緩存中的正常內(nèi)容。

2022/08/25 08:42:13 [error] 1419#0: *7 FastCGI sent in stderr: "PHP message: PHP Fatal error:  Uncaught Exception

fastcgi_cache_valid

為不同的響應(yīng)代碼設(shè)置緩存時間。

fastcgi_cache_valid [code ...] time;

這個命令我們已經(jīng)使用過了，例如，以下指令

fastcgi_cache_valid 200 302 10m;
fastcgi_cache_valid 404      1m;

表示的就是為代碼為 200 和 302 的響應(yīng)設(shè)置 10 分鐘的緩存時間，為代碼為 404 的響應(yīng)設(shè)置 1 分鐘的緩存時間。

如果只指定緩存時間

fastcgi_cache_valid 5m;

那么只有 200、301 和 302 響應(yīng)被緩存。

此外，可以指定 any 參數(shù)來緩存任何響應(yīng)：

fastcgi_cache_valid 200 302 10m;
fastcgi_cache_valid 301      1h;
fastcgi_cache_valid any      1m;

緩存的參數(shù)也可以直接在響應(yīng)頭中設(shè)置。這比使用指令設(shè)置緩存時間具有更高的優(yōu)先級。

• “X-Accel-Expires”標(biāo)頭字段設(shè)置響應(yīng)的緩存時間（以秒為單位）。零值禁用響應(yīng)緩存。如果該值以 @ 前綴開頭，則它設(shè)置自 Epoch 以來的絕對時間（以秒為單位），直到可以緩存響應(yīng)。
• 如果頭部不包含“X-Accel-Expires”字段，可以在頭部字段“Expires”或“Cache-Control”中設(shè)置緩存參數(shù)。
• 如果標(biāo)頭包含“Set-Cookie”字段，則不會緩存此類響應(yīng)。
• 如果標(biāo)頭包含具有特殊值“*”的“Vary”字段，則不會緩存此類響應(yīng)（1.7.7）。如果標(biāo)頭包含具有另一個值的“Vary”字段，則將考慮相應(yīng)的請求標(biāo)頭字段（1.7.7）緩存此類響應(yīng)。

可以使用 fastcgi_ignore_headers 指令禁用對這些響應(yīng)頭字段中的一個或多個的處理。

最后這個響應(yīng)頭的設(shè)置我們可以單獨測試一下，在 PHP 文件中，設(shè)置一個頭 header("X-Accel-Expires: 60"); ，設(shè)置之前緩存鍵的 fastcgi_cache_valid 對于 200 是使用 any ，并且緩存 15s ，在添加了響應(yīng)頭后，可以測試 15秒后不會更新緩存，而是要等到 1分鐘 后才更新的。響應(yīng)頭的優(yōu)先級確實更高。

fastcgi_no_cache

定義不將響應(yīng)保存到緩存的條件。

fastcgi_no_cache string ...;

如果字符串參數(shù)中至少有一個值不為空且不等于“0”，則不會保存響應(yīng)，和 fastcgi_cache_bypass 配置方式類似的，那個是即使有緩存文件也不走緩存，這個是完全不生成緩存文件。

總結(jié)

又是漲姿勢的一天吧，原來我還真不知道有這個功能，很多東西在系統(tǒng)學(xué)習(xí)之前確實都不會了解得太深入。特別是現(xiàn)在各種方便的工具幫我們配置網(wǎng)站之后，更是很少人會去仔細(xì)查看文檔中的內(nèi)容。

不過話說回來，真正在使用動態(tài)語言進(jìn)行緩存時，其實讓動態(tài)語言自身去處理還是更方便一些，比如我們在這里就看到更新緩存或者刪除緩存還是比較費勁的，不像 Redis 之類的非常簡單，而且 Redis 走內(nèi)存，速度比硬盤緩存可能還更占優(yōu)勢。使用 Nginx 緩存最大的好處還是減少一次內(nèi)部的 CGI 調(diào)用。因此，如何使用，什么場景，還是要看具體的業(yè)務(wù)情況了。