Nginx性能調優5招35式不可不知的策略實戰详情 - java,nginx,性能優化,java-ee 威哥愛編程日志

Nginx是一個高性能的HTTP和反向代理服務器，它在全球範圍內被廣泛使用，因其高性能、穩定性、豐富的功能以及低資源消耗而受到青睞。今天V哥從5個方面來介紹 Nginx 性能調優的具體策略，希望對兄弟們有幫助，廢話不多説，馬上開整。

1. 系統層面：

調整內核參數：例如，增加系統文件描述符的限制、TCP連接隊列的大小等。
網絡優化：可以使用TCP Fast Open、選擇更高效的網絡協議等。

2. Nginx配置：

Worker進程數：通常設置為等於服務器的CPU核心數。
連接數：通過調整worker_connections參數，可以增加每個Worker進程可以打開的連接數。
使用HTTP/2：HTTP/2提供了更好的性能，包括頭部壓縮和服務器推送等功能。

3. 緩存利用：

啓用文件緩存：Nginx可以將靜態文件緩存在服務器本地，減少磁盤I/O操作。
使用代理緩存：例如，使用Nginx作為反向代理服務器時，可以緩存後端服務器的響應內容。

4. 壓縮：

啓用Gzip壓縮可以減少數據傳輸量，提高響應速度。

5. 負載均衡策略：

根據服務器的性能和負載情況，選擇合適的負載均衡策略，如輪詢、最少連接數、IP哈希等。

下面 V 哥針對每個點結合業務場景來詳細介紹，老鐵們坐穩了，要發車了。

1. 系統層面

Nginx性能調優可以從多個層面進行，這裏我們重點討論系統層面的調優步驟。系統層面的調優主要是對操作系統進行優化，以更好地支持Nginx的高併發處理能力。

1. 內核參數調整

內核參數的調整可以通過修改/etc/sysctl.conf文件來實現，這些參數會影響網絡棧的行為。

net.core.somaxconn：這個參數設置了一個系統範圍內所有監聽Socket的未完成連接隊列的最大長度。調高這個值可以避免在高峯期出現"connection refused"的錯誤。

sysctl -w net.core.somaxconn=65535

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog：這個參數設置了TCP連接建立時，SYN隊列的最大長度。在高負載情況下，增加這個值可以防止SYN洪水攻擊。

sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=65535

net.ipv4.ip_local_port_range：這個參數定義了本地端口範圍，增加這個範圍可以允許更多的併發連接。
```
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535"
```
net.ipv4.tcp_fin_timeout：這個參數決定了系統回收TCP連接的時間。減小這個值可以加快回收速度，釋放資源。
```
sysctl -w net.ipv4.tcp_fin_timeout=30
```
net.ipv4.tcp_tw_reuse 和 net.ipv4.tcp_tw_recycle：這兩個參數控制了TCP連接的TIME_WAIT狀態。開啓它們可以更快地重用和回收處於TIME_WAIT狀態的連接。
```
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=1
```
2. 文件描述符限制

增加系統允許的文件描述符數量，以便Nginx可以打開更多的連接。

用户級限制：修改/etc/security/limits.conf文件，增加Nginx用户（通常是www-data或nginx）的nofile限制。
```
nginx soft nofile 65535
nginx hard nofile 65535
```
系統級限制：修改/proc/sys/fs/file-max文件，增加整個系統的最大文件描述符數。
```
echo 65535 > /proc/sys/fs/file-max
```
3. 網絡棧優化
禁用Syn Cookies：在高峯期，可以臨時禁用Syn Cookies，以提高TCP連接的建立速度。
```
sysctl -w net.ipv4.tcp_syncookies=0
```
調整TCP Keepalive：通過調整net.ipv4.tcp_keepalive_time等參數，可以優化長連接的管理。
```
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_time=600
```
4. 硬件和架構優化
使用SSD存儲：使用固態硬盤可以顯著提高I/O性能，尤其是對於需要頻繁讀寫文件的Nginx服務器。
網絡硬件：使用高帶寬和低延遲的網絡硬件，如萬兆以太網，可以提高數據傳輸速度。
負載均衡：如果服務器面臨極高的負載，可以考慮使用硬件負載均衡器來分擔Nginx的壓力。

5. 操作系統選擇和優化

選擇合適的操作系統：不同的操作系統對網絡性能的支持不同，選擇一個適合高併發網絡服務的操作系統是很有幫助的。
關閉不必要的系統服務：減少系統運行的進程和服務，可以釋放更多的系統資源給Nginx使用。

在進行系統層面的調優時，需要注意平衡性能提升和系統穩定性之間的關係。過度的優化可能會導致系統不穩定，甚至出現資源耗盡的情況。因此，建議在調優過程中進行充分的測試，並根據服務器的具體情況進行調整。

2. Nginx配置

Nginx的性能調優可以通過修改其配置文件nginx.conf來實現。以下是一些具體的調優步驟和建議：

1. Worker進程數

Nginx使用多進程模型，通常情況下，Worker進程的數量應該設置為等於服務器的CPU核心數。這樣可以最大化利用多核CPU的性能。

worker_processes auto;  # 或者指定具體的進程數，如 worker_processes 4;

2. Worker連接數

每個Worker進程可以同時處理的最大連接數由worker_connections指令設置。這個值應該根據服務器的內存大小和系統負載來合理設置。

events {
    worker_connections  4096;  # 根據服務器能力適當調整
}

3. 使用HTTP/2

如果客户端支持，可以啓用HTTP/2，它提供了更好的性能，包括頭部壓縮和服務器推送等功能。

listen 443 ssl http2;

4. 文件描述符限制

增加Nginx可以打開的文件描述符數量，以處理更多的併發連接。

worker_rlimit_nofile 65535;

5. 啓用Gzip壓縮

壓縮可以減少數據傳輸量，提高響應速度。

gzip on;
gzip_vary on;
gzip_proxied any;
gzip_comp_level 6;
gzip_buffers 16 8k;
gzip_http_version 1.1;
gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;

6. 緩存配置

配置瀏覽器緩存，減少重複請求。

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public";
}

7. 靜態資源處理

對於靜態資源，可以使用sendfile快速傳輸文件。

location /static/ {
    sendfile on;
    tcp_nopush on;
    tcp_nodelay off;
}

8. 負載均衡

如果有多台後端服務器，可以使用Nginx的負載均衡功能。

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
    keepalive 64;  # 保持活動的連接數
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

9. 優化SSL/TLS

如果使用SSL/TLS，可以優化相關配置以提高性能。

ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
ssl_ciphers 'ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384';
ssl_prefer_server_ciphers on;
ssl_session_cache shared:SSL:10m;
ssl_session_timeout 10m;

10. 日誌配置

減少不必要的日誌記錄，可以減少磁盤I/O和CPU使用。

access_log off;  # 或者將日誌寫入內存文件系統

在進行Nginx配置調優時，應該逐步進行，每次更改後都要進行測試，以確保更改確實提高了性能，並且沒有引入新的問題。此外，不同的應用場景可能需要不同的優化策略，因此最好根據實際情況進行調整。

3. 緩存利用

Nginx緩存利用是提高性能的重要手段，它可以通過減少服務器負載、降低響應時間和減少網絡帶寬使用來顯著提升用户體驗。以下是緩存利用的具體調優步驟：

1. 啓用Nginx內置緩存

Nginx內置了多種緩存機制，如文件系統緩存、內存緩存等。可以通過配置nginx.conf來啓用這些緩存。

文件系統緩存（HTTP緩存）

在HTTP模塊中，可以使用proxy_cache指令啓用代理緩存。

http {
    # 定義緩存區域
    proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

    server {
        location / {
            proxy_cache my_cache;  # 使用定義的緩存區域
            proxy_cache_valid 200 302 10m;  # 對200和302響應緩存10分鐘
            proxy_cache_valid 404 1m;  # 對404響應緩存1分鐘
            proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;  # 在指定情況下使用過期緩存
        }
    }
}

內存緩存（FastCGI緩存）

如果使用FastCGI（如與PHP-FPM配合），可以使用fastcgi_cache指令啓用緩存。

http {
    # 定義FastCGI緩存區域
    fastcgi_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m;

    server {
        location ~ \.php$ {
            fastcgi_cache my_cache;  # 使用定義的緩存區域
            fastcgi_cache_key $request_uri;  # 定義緩存鍵
            fastcgi_cache_valid 200 30m;  # 對200響應緩存30分鐘
        }
    }
}

2. 配置瀏覽器緩存

通過設置HTTP頭，可以指示瀏覽器緩存靜態資源。

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 30d;  # 設置資源的過期時間
    add_header Cache-Control "public";  # 指示資源可以被瀏覽器和代理緩存
}

3. 使用CDN

內容分發網絡（CDN）可以緩存靜態資源，並將其分發到全球各地的節點，用户可以從最近的節點獲取內容，從而減少延遲。

4. 配置反向代理緩存

如果Nginx作為反向代理服務器，可以配置它來緩存後端服務器的響應。

location / {
    proxy_pass http://backend;
    proxy_cache my_cache;  # 使用定義的緩存區域
    proxy_cache_valid 200 30m;  # 對200響應緩存30分鐘
}

5. 監控和調整緩存性能

使用Nginx的統計模塊（如ngx_http_stub_status_module）來監控緩存命中率和緩存大小。
根據監控數據調整緩存大小和過期時間，以優化性能。

6. 清理緩存

定期清理緩存，以釋放空間和提高緩存效率。可以使用Nginx的緩存清理功能或編寫腳本來實現。

在進行緩存調優時，需要注意以下幾點：

緩存大小和過期時間需要根據實際情況進行調整，以找到最佳平衡點。
監控緩存命中率，以確保緩存配置有效地提高了性能。
確保緩存內容的一致性，特別是在動態內容緩存時。

通過合理利用緩存，可以顯著提高Nginx的性能，減少服務器負載，並提高用户體驗。

4. 壓縮

Nginx中的壓縮功能可以通過Gzip模塊來實現，它可以在服務器端對響應數據進行壓縮，以減少傳輸數據的大小，從而提高加載速度，尤其是在帶寬有限的情況下。以下是壓縮的具體調優步驟：

1. 啓用Gzip壓縮

首先，確保在Nginx中啓用了Gzip模塊。這通常是通過在nginx.conf文件的http塊中添加以下指令來完成的：

http {
    gzip on;  # 啓用Gzip壓縮
}

2. 設置壓縮級別

gzip_comp_level指令用於設置壓縮級別，級別越高，壓縮率越大，但CPU消耗也越高。通常設置為1到9之間的值，其中1是最快的壓縮，9是最高壓縮率。推薦設置為6，這是一個性能和壓縮率的平衡點。

http {
    gzip_comp_level 6;  # 設置壓縮級別
}

3. 選擇要壓縮的內容類型

使用gzip_types指令指定要壓縮的MIME類型。通常，文本文件（如HTML、CSS、JavaScript）和XML文件可以從壓縮中受益。

http {
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
}

4. 設置最小壓縮大小

使用gzip_min_length指令設置觸發壓縮的最小文件大小。對於小文件，壓縮可能不會帶來太多好處，而且會增加CPU負擔。

http {
    gzip_min_length 256;  # 只有大於256字節的響應才會被壓縮
}

5. 禁用IE6的壓縮

老版本的IE瀏覽器（IE6及以下）可能不支持Gzip壓縮，可以通過gzip_disable指令禁用對這些瀏覽器的壓縮。

http {
    gzip_disable "MSIE [1-6]\.";  # 禁用IE6及以下版本的Gzip壓縮
}

6. 配置瀏覽器緩存

雖然壓縮可以減少服務器帶寬使用，但它會增加CPU負載。為了減輕服務器壓力，可以配置瀏覽器緩存，讓瀏覽器存儲壓縮後的內容，減少重複請求。

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 30d;  # 設置資源的過期時間
    add_header Cache-Control "public";  # 指示資源可以被瀏覽器和代理緩存
}

7. 測試和監控

在應用這些配置後，使用工具如curl或在線Gzip檢測服務來測試壓縮是否生效。
監控服務器的CPU使用情況和響應時間，以確保壓縮帶來的性能提升大於CPU負載的增加。

通過合理配置Gzip壓縮，可以在不顯著增加服務器負載的情況下，顯著減少網絡傳輸數據的大小，提高用户體驗。在進行壓縮調優時，需要根據服務器的CPU能力和網絡條件來平衡壓縮級別和最小壓縮大小，以達到最佳的性能。

5. 負載均衡策略

Nginx作為高性能的HTTP和反向代理服務器，提供了多種負載均衡策略，可以幫助分散流量，提高網站的可用性和性能。以下是負載均衡策略的具體調優步驟：

1. 選擇合適的負載均衡策略

Nginx支持多種負載均衡策略，包括：

輪詢（Round Robin）：這是默認的策略，請求按時間順序逐一分配到不同的服務器，如果服務器宕機，自動剔除。
最少連接（Least Connections）：分配到當前連接數最少的服務器。
IP哈希（IP Hash）：根據請求的來源IP地址，將請求分配到固定的服務器，可以在一定程度上保持用户的會話狀態。
權重（Weight）：指定不同服務器的權重，權重越高，分配的請求越多。

在nginx.conf的upstream塊中定義負載均衡策略：

upstream backend {
    server backend1.example.com weight=3;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com backup;  # 備用服務器
    ip_hash;  # 使用IP哈希策略
}

2. 配置健康檢查

使用health_check模塊可以對後端服務器進行健康檢查，以確保流量只被定向到健康的服務器。

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
        health_check interval=10 fails=3 passes=2;
    }
}

3. 使用持久連接

對於HTTP/1.1客户端，可以使用持久連接（Keepalive）來減少建立和關閉連接的次數。

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    keepalive 32;  # 保持活動的連接數
}

4. 調整超時時間

適當調整超時時間，以確保Nginx能夠快速響應後端服務器的變化。

proxy_connect_timeout 5s;  # 設置與後端服務器建立連接的超時時間
proxy_read_timeout 60s;    # 設置從後端服務器讀取響應的超時時間
proxy_send_timeout 5s;     # 設置向後端服務器發送請求的超時時間

5. 限制連接數

為了避免單個客户端佔用過多資源，可以限制每個客户端的連接數。

limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m;
limit_conn mylimit 5;  # 每個IP地址最多允許5個同時連接

6. 監控和調整

使用Nginx的統計模塊（如ngx_http_stub_status_module）來監控負載均衡的性能。
根據監控數據調整負載均衡策略和服務器權重，以優化性能。

7. 考慮使用第三方負載均衡解決方案

對於大型應用或需要更多高級功能的場景，可以考慮使用商業負載均衡器或雲服務提供的負載均衡解決方案。

通過合理配置負載均衡策略，可以有效分散流量，提高網站的可用性和性能。在進行負載均衡調優時，需要根據服務器的具體情況和實際需求來選擇合適的策略，並進行持續的監控和調整。

最後

以上 V 哥總結的5個方面關於 Nginx性能調優的策略，實際應用中需要結合實際項目的情況來測試，希望對你有幫助，歡迎關注威哥愛編程，技術路上我們一起成長。

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