《Nginx核心技术》第03章：实现负载均衡、限流、缓存、黑白名单和灰度发布

作者：冰河

星球：http://m6z.cn/6aeFbs

博客：https://binghe.gitcode.host

文章汇总：https://binghe.gitcode.host/md/all/all.html

星球项目地址：https://binghe.gitcode.host/md/zsxq/introduce.html

沉淀，成长，突破，帮助他人，成就自我。

• 本章难度：★★☆☆☆
• 本章重点：用最简短的篇幅介绍Nginx最核心的知识，重点掌握Nginx如何实现负载均衡、限流、缓存、黑白名单和灰度发布，并能够灵活运用到实际项目中，维护高可用系统。

大家好，我是冰河~~

今天给大家介绍《Nginx核心技术》的第03章：实现负载均衡、限流、缓存、黑白名单和灰度发布，多一句没有，少一句不行，用最简短的篇幅讲述Nginx最核心的知识，好了，开始今天的内容。

3.1 本章概述

在《【高并发】面试官问我如何使用Nginx实现限流，我如此回答轻松拿到了Offer！》一文中，我们主要介绍了如何使用Nginx进行限流，以避免系统被大流量压垮。除此之外，Nginx还有很多强大的功能，例如：负载均衡、缓存、黑白名单、灰度发布等。今天，我们就来一起探讨Nginx支持的这些强大的功能！

3.2 Nginx负载均衡配置

3.2.1 负载均衡配置

http {
       ……
    upstream real_server {
       server 192.168.103.100:2001 weight=1;  #轮询服务器和访问权重
       server 192.168.103.100:2002 weight=2;
    }
 
    server {
        listen  80;
 
        location / {
            proxy_pass http://real_server;
        }
    }
}

3.2.2 失败重试配置

upstream real_server {
   server 192.168.103.100:2001 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=60s;
   server 192.168.103.100:2002 weight=2 max_fails=2 fail_timeout=60s;
}

意思是在fail_timeout时间内失败了max_fails次请求后，则认为该上游服务器不可用，然后将该服务地址踢除掉。fail_timeout时间后会再次将该服务器加入存活列表，进行重试。

3.3 Nginx限流配置

3.3.1 配置参数

limit_req_zone指令设置参数

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;

• limit_req_zone定义在http块中，$binary_remote_addr表示保存客户端IP地址的二进制形式。
• Zone定义IP状态及URL访问频率的共享内存区域。zone=keyword标识区域的名字，以及冒号后面跟区域大小。16000个IP地址的状态信息约1MB，所以示例中区域可以存储160000个IP地址。
• Rate定义最大请求速率。示例中速率不能超过每秒10个请求。

3.3.2 设置限流

location / {
        limit_req zone=mylimit burst=20 nodelay;
        proxy_pass http://real_server;
}

burst排队大小，nodelay不限制单个请求间的时间。

3.3.3 不限流白名单

geo $limit {
default              1;
192.168.2.0/24  0;
}
 
map $limit $limit_key {
1 $binary_remote_addr;
0 "";
}
 
limit_req_zone $limit_key zone=mylimit:10m rate=1r/s;
 
location / {
        limit_req zone=mylimit burst=1 nodelay;
        proxy_pass http://real_server;
}

上述配置中，192.168.2.0/24网段的IP访问是不限流的，其他限流。

IP后面的数字含义：

• 24表示子网掩码:255.255.255.0
• 16表示子网掩码:255.255.0.0
• 8表示子网掩码:255.0.0.0

3.4 Nginx缓存配置

3.4.1 浏览器缓存

静态资源缓存用expire

location ~*  .(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
   expires 2d;
}

Response Header中添加了Expires和Cache-Control,

静态资源包括（一般缓存）

• 普通不变的图像，如logo，图标等
• js、css静态文件
• 可下载的内容，媒体文件

协商缓存（add_header ETag/Last-Modified value）

• HTML文件
• 经常替换的图片
• 经常修改的js、css文件
• 基本不变的API接口

不需要缓存

• 用户隐私等敏感数据
• 经常改变的api数据接口

3.4.2 代理层缓存

//缓存路径，inactive表示缓存的时间，到期之后将会把缓存清理
proxy_cache_path /data/cache/nginx/ levels=1:2 keys_zone=cache:512m inactive = 1d max_size=8g;
 
location / {
    location ~ \.(htm|html)?$ {
        proxy_cache cache;
        proxy_cache_key    $uri$is_args$args;     //以此变量值做HASH，作为KEY
        //HTTP响应首部可以看到X-Cache字段，内容可以有HIT,MISS,EXPIRES等等
        add_header X-Cache $upstream_cache_status;
        proxy_cache_valid 200 10m;
        proxy_cache_valid any 1m;
        proxy_pass  http://real_server;
        proxy_redirect     off;
    }
    location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css)$ {
        root /data/webapps/edc;
        expires      3d;
        add_header Static Nginx-Proxy;
    }
}

在本地磁盘创建一个文件目录，根据设置，将请求的资源以K-V形式缓存在此目录当中，KEY需要自己定义（这里用的是url的hash值），同时可以根据需要指定某内容的缓存时长，比如状态码为200缓存10分钟，状态码为301，302的缓存5分钟，其他所有内容缓存1分钟等等。
可以通过purger的功能清理缓存。

AB测试/个性化需求时应禁用掉浏览器缓存。

3.5 Nginx黑名单

3.5.1 一般配置

location / {
    deny  192.168.1.1;
    deny 192.168.1.0/24;
    allow 10.1.1.0/16;
    allow 2001:0db8::/32;
    deny  all;
}

3.5.2 Lua+Redis动态黑名单(OpenResty)

安装运行

yum install yum-utils
yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo
yum install openresty
yum install openresty-resty
查看
yum --disablerepo="*" --enablerepo="openresty" list available
运行
service openresty start

配置(/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf)

lua_shared_dict ip_blacklist 1m;
 
server {
    listen  80;
 
    location / {
        access_by_lua_file lua/ip_blacklist.lua;
        proxy_pass http://real_server;
    }
}

lua脚本（ip_blacklist.lua）

local redis_host    = "192.168.1.132"
local redis_port    = 6379
local redis_pwd     = 123456
local redis_db = 2
 
-- connection timeout for redis in ms.
local redis_connection_timeout = 100
 
-- a set key for blacklist entries
local redis_key     = "ip_blacklist"
 
-- cache lookups for this many seconds
local cache_ttl     = 60
 
-- end configuration
 
local ip                = ngx.var.remote_addr
local ip_blacklist      = ngx.shared.ip_blacklist
local last_update_time  = ip_blacklist:get("last_update_time");
 
-- update ip_blacklist from Redis every cache_ttl seconds:
if last_update_time == nil or last_update_time < ( ngx.now() - cache_ttl ) then
 
  local redis = require "resty.redis";
  local red = redis:new();
 
  red:set_timeout(redis_connect_timeout);
 
  local ok, err = red:connect(redis_host, redis_port);
  if not ok then
    ngx.log(ngx.ERR, "Redis connection error while connect: " .. err);
  else
    local ok, err = red:auth(redis_pwd)
    if not ok then
      ngx.log(ngx.ERR, "Redis password error while auth: " .. err);
    else
        local new_ip_blacklist, err = red:smembers(redis_key);
        if err then
            ngx.log(ngx.ERR, "Redis read error while retrieving ip_blacklist: " .. err);
        else
        ngx.log(ngx.ERR, "Get data success:" .. new_ip_blacklist)
          -- replace the locally stored ip_blacklist with the updated values:
            ip_blacklist:flush_all();
          for index, banned_ip in ipairs(new_ip_blacklist) do
            ip_blacklist:set(banned_ip, true);
          end
          -- update time
          ip_blacklist:set("last_update_time", ngx.now());
      end
    end
  end
end
 
if ip_blacklist:get(ip) then
  ngx.log(ngx.ERR, "Banned IP detected and refused access: " .. ip);
  return ngx.exit(ngx.HTTP_FORBIDDEN);
end

3.6 Nginx灰度发布

3.6.1 根据Cookie实现灰度发布

根据Cookie查询version值，如果该version值为v1转发到host1，为v2转发到host2，都不匹配的情况下转发到默认配置。

upstream host1 {
   server 192.168.2.46:2001 weight=1;  #轮询服务器和访问权重
   server 192.168.2.46:2002 weight=2;
}
 
upstream host2 {
   server 192.168.1.155:1111  max_fails=1 fail_timeout=60;
}
 
upstream default {
   server 192.168.1.153:1111  max_fails=1 fail_timeout=60;
}
 
map $COOKIE_version $group {
   ~*v1$ host1;
   ~*v2$ host2;
   default default;
}
 
lua_shared_dict ip_blacklist 1m;
 
server {
    listen  80;
 
    #set $group "default";
    #if ($http_cookie ~* "version=v1"){
    #    set $group host1;
    #}
    #if ($http_cookie ~* "version=v2"){
    #    set $group host2;
    #}
 
    location / {
        access_by_lua_file lua/ip_blacklist.lua;
        proxy_pass http://$group;
    }
}

3.6.2 根据来路IP实现灰度发布

server {
  ……………
  set $group default;
  if ($remote_addr ~ "192.168.119.1") {
      set $group host1;
  }
  if ($remote_addr ~ "192.168.119.2") {
      set $group host2;
  }

3.6.3 更细粒度灰度发布

参考：https://github.com/binghe001/ABTestingGateway

好了，相信各位小伙伴们对如何通过Nginx实现负载均衡、限流、缓存、黑白名单和灰度发布，有了进一步的了解，我是冰河，我们下期见~~