Nginx的浅析
Nginx的浅析及相关内容的总结
- Nginx的简要介绍
- 正反向代理的简要介绍
- 负载均衡的简要介绍
Nginx是一款轻量级的Web服务器、反向代理服务器，由于它的内存占用少（一个worker进程只占用10-12M内存），启动极快，高并发能力强，在互联网项目中广泛应用。
上图基本上说明了当下流行的技术架构，其中Nginx有点入口网关的味道。
反向代理服务器
经常听人说到一些术语，如反向代理，那么什么是反向代理，什么又是正向代理呢？下面是一个简单的总结，更为详细的说明请在后面介绍查看。
正向代理
由于防火墙的原因，我们并不能直接访问谷歌，那么我们可以借助v*n来实现，这就是一个简单的正向代理的例子。这里你能够发现，正向代理“代理”的是客户端，而且客户端是知道目标的，而目标是不知道客户端是通过v*n访问的。
正向代理示意图
反向代理
当我们在外网访问百度的时候，其实会进行一个转发，代理到内网去，这就是所谓的反向代理，即反向代理“代理”的是服务器端，而且这一个过程对于客户端而言是透明的。
反向代理示意图
Nginx的Master-Worker模式
要启动nginx，只需要输入命nginx，其中xxx是你nginx的安装目录。
nginx进程
启动Nginx后，其实就是在80端口启动了Socket服务进行监听，如图所示，Nginx涉及Master进程和Worker进程。
Master-Worker模式
Master进程的作用：读取并验证配置文件nginx.conf；管理worker进程；
Worker进程的作用：每一个Worker进程都维护一个线程（避免线程切换），处理连接和请求；注意Worker进程的个数由配置文件决定，一般和CPU个数相关（有利于进程切换），配置几个就有几个Worker进程，上面的例子只有1个Worker进程。
思考1：Nginx如何做到热部署？
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所谓热部署，就是配置文件nginx.conf修改后，不需要stop Nginx，不需要中断请求，就能让配置文件生效！（nginx -s
reload 重新加载/nginx -t检查配置/nginx -s stop）通过上文我们已经知道worker进程负责处理具体的请求，那么如果想达到热部署的效果，可以想象：
方案一：修改配置文件nginx.conf后，主进程master负责推送给worker进程更新配置信息，worker进程收到信息后，更新进程内部的线程信息。
方案二：修改配置文件nginx.conf后，重新生成新的worker进程，当然会以新的配置进行处理，而且新的请求都必须交给新的worker进程，至于老worker进程，等把那些以前的请求处理完毕，kill掉即可。
Nginx采用的就是方案二来达到热部署的！
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思考2：Nginx如何做到高并发下的高效处理？
上文已经提及Nginx的worker进程个数与CPU绑定、worker进程内部包含一个线程高效回环处理请求，这的确有助于效率，但这是不够的。
作为专业的程序员，我们可以开一下脑洞：BIO/NIO/AIO、异步/同步、阻塞/非阻塞…
要同时处理那么多的请求，要知道，有的请求需要发生IO，可能需要很长时间，如果等着它，就会拖慢worker的处理速度。
Nginx采用了Linux的epoll模型，epoll模型基于事件驱动机制，它可以监控多个事件是否准备完毕，如果OK，那么放入epoll队列中，这个过程是异步的。worker只需要从epoll队列循环处理即可。
思考3：Nginx挂了怎么办？
Nginx既然作为入口网关，很重要，如果出现单点问题，显然是不可接受的。答案是：Keepalived+Nginx实现高可用。
Keepalived是一个高可用解决方案，主要是用来防止服务器单点发生故障，可以通过和Nginx配合来实现Web服务的高可用。（其实，Keepalived不仅仅可以和Nginx配合，还可以和很多其他服务配合）
Keepalived+Nginx实现高可用的思路：
第一：请求不要直接打到Nginx上，应该先通过Keepalived（这就是所谓虚拟IP，VIP）
第二：Keepalived应该能监
控Nginx的生命状态（提供一个用户自定义的脚本，定期检查Nginx进程状态，进行权重变化,，从而实现Nginx故障切换）
Keepalived+Nginx
我们的主战场：nginx.conf
很多时候，在开发、测试环境下，我们都得自己去配置Nginx，就是去配置nginx.conf。nginx.conf是典型的分段配置文件，下面我们来分析下。在 Nginx 内部，你可以指定多个虚拟服务器，每个虚拟服务器用 server{} 上下文描述。
虚拟主机
nginx的配置文件主要由指令构成，指令主要包括名称和参数，以分号;结束。如下是一个虚拟服务器的配置：listen 指令来指定该虚拟主机在监听给定的 IP 端口组合；server_name指令检测 Host 头以决定请求到底匹配到哪个虚拟主机…nginx的配置项很多，具体可以查阅网上资料。
http的server段
访问结果
其实这是把Nginx作为web server来处理静态资源，
1：location可以进行正则匹配，应该注意正则的几种形式以及优先级。（这里不展开）
2：Nginx能够提高速度的其中一个特性就是：动静分离，就是把静态资源放到Nginx上，由Nginx管理，动态请求转发给后端。
3：我们可以在Nginx下把静态资源、日志文件归属到不同域名下（也即是目录），这样方便管理维护。
4：Nginx可以进行IP访问控制，有些电商平台，就可以在Nginx这一层，做一下处理，内置一个黑名单模块，那么就不必等请求通过Nginx达到后端在进行拦截，而是直接在Nginx这一层就处理掉。
反向代理—proxy_pass
所谓反向代理，很简单，其实就是在location这一段配置中的root替换成proxy_pass即可。root说明是静态资源，可以由Nginx进行返回;而proxy_pass说明是动态请求，需要进行转发，比如代理到Tomcat上。
反向代理，上面已经说了，过程是透明的，比如说request -> Nginx -> Tomcat，那么对于Tomcat而言，请求的IP地址就是Nginx的地址，而非真实的request地址，这一点需要注意。不过好在Nginx不仅仅可以反向代理请求，还可以由用户自定义设置HTTP HEADER。
负载均衡—upstream
上面的反向代理中，我们通过proxy_pass来指定Tomcat的地址，很显然我们只能指定一台Tomcat地址，那么我们如果想指定多台来达到负载均衡呢？
1：通过upstream来定义一组Tomcat，并指定负载策略（IPHASH、加权论调、最少连接），健康检查策略（Nginx可以监控这一组Tomcat的状态）等。
2：将proxy_pass替换成upstream指定的值即可。
负载均衡需要注意的问题：选择不同的负载均衡算法，可能会带来不同的问题，如果选择轮询方式，那么一个请求，可以到A server，也可以到B server，我们得注意用户状态的保存问题，如Session会话信息，不能在保存到服务器上。如果选择散列，没有了上面的问题，但是又得考虑，什么样的散列算法尽可能均匀打到后端的服务器上，总之实际应用中需要根据场景权衡选择。
对于正反向代理的简介
可能我们大多数人对于正向代理都是很熟悉的。首先弄清楚什么是正向代理，什么是反向代理，然后是二者在实际使用中展示的方式是什么样的，最后总结一下正向代理用来做什么，反向代理可以做什么。
正向代理
正向代理类似一个跳板机，代理访问外部资源。
举个栗子：我是一个用户，我访问不了某网站，但是我能访问一个代理服务器，这个代理服务器呢,他能访问那个我不能访问的网站，于是我先连上代理服务器,告诉他我需要那个无法访问网站的内容，代理服务器去取回来,然后返回给我。从网站的角度，只在代理服务器来取内容的时候有一次记录，有时候并不知道是用户的请求，也隐藏了用户的资料，这取决于代理告不告诉网站。
客户端必须设置正向代理服务器，当然前提是要知道正向代理服务器的IP地址，还有代理程序的端口。
例如之前使用过这类软件例如CCproxy，http://www.ccproxy.com/ 需要在浏览器中配置代理的地址。
总结来说：正向代理 是一个位于客户端和原始服务器(origin server)之间的服务器，为了从原始服务器取得内容，客户端向代理发送一个请求并指定目标(原始服务器)，然后代理向原始服务器转交请求并将获得的内容返回给客户端。客户端必须要进行一些特别的设置才能使用正向代理。
正向代理的用途：
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（1）访问原来无法访问的资源，如google
（2） 可以做缓存，加速访问资源
（3）对客户端访问授权，上网进行认证
（4）代理可以记录用户访问记录（上网行为管理），对外隐藏用户信息
反向代理
初次接触方向代理的感觉是，客户端是无感知代理的存在的，反向代理对外都是透明的，访问者者并不知道自己访问的是一个代理。因为客户端不需要任何配置就可以访问。
反向代理（Reverse Proxy）实际运行方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器。
反向代理的作用：
（1）保证内网的安全，可以使用反向代理提供WAF功能，阻止web攻击：大型网站，通常将反向代理作为公网访问地址，Web服务器是内网。
（2）负载均衡，通过反向代理服务器来优化网站的负载
两者区别
还是借用生活中 的两个例子来说明正向代理和反向代理的区别吧。
A同学在大众创业、万众创新的大时代背景下开启他的创业之路，目前他遇到的最大的一个问题就是启动资金，于是他决定去找马云爸爸借钱，可想而知，最后碰一鼻子灰回来了，情急之下，他想到一个办法，找关系开后门，经过一番消息打探，原来A同学的大学老师王老师是马云的同学，于是A同学找到王老师，托王老师帮忙去马云那借500万过来，当然最后事成了。不过马云并不知道这钱是A同学借的，马云是借给王老师的，最后由王老师转交给A同学。这里的王老师在这个过程中扮演了一个非常关键的角色，就是代理，也可以说是正向代理，王老师代替A同学办这件事，这个过程中，真正借钱的人是谁，马云是不知道的，这点非常关键。
大家都有过这样的经历，拨打10086 客服电话，一个地区的 10086 客服有几个或者几十个，你永远都不需要关心在电话那头的是哪一个，叫什么，男的，还是女的，漂亮的还是帅气的，你都不关心，你关心的是你的问题能不能得到专业的解答，你只需要拨通了10086 的总机号码，电话那头总会有人会回答你，只是有时慢有时快而已。那么这里的 10086 总机号码就是我们说的反向代理。客户不知道真正提供服务的人是谁。
最后借用知乎一张图来表达正向代理和反向代理的区别：
负载均衡的简要介绍
负载均衡是高可用网络基础架构的的一个关键组成部分，有了负载均衡，我们通常可以将我们的应用服务器部署多台，然后通过负载均衡将用户的请求分发到不同的服务器用来提高网站、应用、数据库或其他服务的性能以及可靠性。
为什么要引入负载均衡
先看一个没有负载均衡机制的web架构：
上图中的架构有什么缺陷了？首先，用户是通过网络直接和web服务器相连，想象一下，如果这个服务器挂了（这种情况随时都可能发生的)，那么用户的请求就会得不到响应，将无法访问该网站，这就是著名的单点故障问题，这肯定是不行的，一般而言，商业上的网站其可靠性需要达到至少4个9，也就是99.99&以上。
其次，即使服务器是正常工作的情况，但是如果很多用户在同一时间内访问服务器，超过了服务器的处理能力，那么会出现响应速度慢甚至无法连接的情况，这也是用户无法接受的。
负载均衡的出现可以很好的解决上面两个问题，通过引入一个负载均衡器和至少两个web 服务器，可以有效的解决上面两个问题。注：通常情况下，所有的后端服务器会保证提供相同的内容，以便用户无论哪个服务器响应，都能收到一致的内容。
如上图架构，现在，即使App 01即使挂了，负载均衡会将用户的请求转发到正常工作的App 02上，这解决了上面的第一个问题；其次，根据业务需要，负载均衡后端的App可以很方便的扩展，这样就能解决第上面的第二个问题。但是，现在单点故障问题转移到了负载均衡器，可以通过引入第二个负载均衡器来缓解，后面还会讲到。
负载均衡如何选择要转发的后端服务器
负载均衡器一般根据两个因素来决定要将请求转发到哪个服务器。
1：确保所选择的后端服务器是正常工作的，能给对用户的请求做出响应；
2：根据预先设置的负载均衡算法从健康服务器池中进行选择。
由于负载均衡器只应当选择能正常做出响应的后端服务器，因此就需要有一种机制能判断它所连的后端服务器是否正常工作。为了监视后台服务器的运行状况，运行状态检查服务会定期尝试使用转发规则定义的协议和端口去连接后端服务器。如果某个服务器没有通过健康检查，就会从健康池中剔除，保证流量不会被转发到该服务器，直到其再次通过健康检查为止。
负载均衡算法
负载均衡算法决定了后端的哪些健康服务器会被选中。下面是几个常用的算法，这里只是简单介绍，不具体研究其算法实现了，后面会专门用一篇文章来总结：
轮询：为第一个请求选择健康池中的第一个后端服务器，然后按顺序往后依次选择，直到最后一个，然后循环。
最小连接：优先选择连接数最少，也就是压力最小的后端服务器，在会话较长的情况下可以考虑采取这种方式。
散列：根据请求源的 IP 的散列（hash）来选择要转发的服务器。这种方式可以一定程度上保证特定用户能连接到相同的服务器。如果你的应用需要处理状态而要求用户能连接到和之前相同的服务器，可以考虑采取这种方式。
最后，想要解决负载均衡器的单点故障问题，可以将第二个负载均衡器连接到第一个上，从而形成一个集群。如下图所示：
当主负载均衡器发生了故障，就需要将用户请求转到第二个负载均衡器。由于 DNS 更改通常会在较长的时间才能生效，因此需要有一种能灵活解决 IP 地址重新映射的方法，比如浮动 IP（floating IP）。这样域名可以保持和相同的 IP 相关联，而 IP 本身则能在服务器之间移动。下面就是一个使用浮动 IP 的负载均衡架构动态示意图：