图解Nginx，系统架构演变 + Nginx反向代理与负载均衡

专栏导读

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大家好我是哪吒。

本系列为SpringCloud微服务系列先从微服务的入口Nginx开始学习读哪吒编程品技术人生。

一、系统架构演变

最开始接触Java语言的时候我写的第一个项目是图书管理系统当时是用JSP+servlet写的感觉很吊的样子全班领先水平。

慢慢的变成了JSP+SSM架构。

到现在单体架构最流行的SpringBoot+Vue。

但是随着业务量的不断增大你会发现这些单体架构已经无法满足数据日益膨胀的今天动不动就几万、几十万的QPS我记得当初200QPS我就觉得挺吓人了。

为了解决性能问题慢慢的微服务SpringCloud架构浮出水面微服务的核心理念是将应用细粒化将单一应用拆分成若干个小应用每个小应用提供单一的业务功能独立部署服务之间相互调用降低程序耦合度解决单台服务器宕机的问题。

微服务提供了

1. 高可用当某个节点服务器宕机后可以迅速将流量转移到其它节点
2. 高性能多台服务器对外提供相同的服务提升程序的吞吐量
3. 高扩展当业务发生激增时可以通过增加节点的方式解决性能问题​

注本章的重点是Nginx微服务其它组件就不画了。

二、什么是Nginx

Nginx是俄罗斯人Igor Sysoev编写的一款高性能 HTTP 和反向代理服务器。Nginx选择了epoll和kqueue作为网络I/O 模型在高连接并发的情况下Nginx是Apache服务器不错的替代品它能够支持高达50 000个并发连接数的响应运行稳定且内存、CPU等系统资源消耗非常低。

三、servername匹配规则

1. 完整匹配
2. 通配符匹配
3. 正则匹配

正则匹配格式必须以~开头比如server_name ~^www\d+\.nzbc\.com$;。如果没有~开头则Nginx会判定为完整匹配在逻辑上需要添加^和$锚定符号。正则匹配格式中.为正则元字符需要通过反斜线进行转义如果正在表达式中包含{}需要用双引号引用起来避免报错。

四、正向代理与反向代理

1、正向代理

正向代理服务器一般位于用户和服务器之间用户通过正向代理服务器访问应用服务器获取资源。

最常见的例子就是我们访问一个外国网站该网站无法在国内直接访问但是可以通过代理服务器访问也就是说用户向正向代理服务器发送一个请求并指定目标然后正向代理服务器向目标服务器外国网站转交请求并将获得的内容返回给用户。

正向代理服务器代理的是客户端去和服务端交互。

2、反向代理

反向代理服务器一般位于用户和服务器之间用户访问反向代理服务器获取应用服务器资源用户不知道应用服务器的地址是由代理服务器转发的有降低网络和服务器的负载提高访问效率的作用。

反向代理服务器代理的是服务端去和客户端交互。

Nginx就是一款高性能的反向代理服务器。

3、LVS

先说结论LVS解决了Nginx单机性能瓶颈的问题。

LVS主要用于多服务器负载均衡工作在网络的第四层可以实现高性能、高可用的服务器集群技术采用同步请求转发的策略。

LVS支持的并发量要比Nginx高可以配合keepalived使用将Nginx作为LVS的节点机器因为Nginx在网络的第七层功能上肯定强于LVS。

用户通过Nginx访问应用服务器应用服务器直接将数据返回给机房路由返回时不走Nginx了降低了Nginx的性能消耗。

五、负载均衡策略

1、轮询

默认使用轮询方式逐一转发访问这种情况适合无状态请求会话无法保持可以通过基于客户端实现会话保持。

会话保持方式

1基于session实现

session用于存储客户端用户信息一般不在服务器存储session可以通过SpringSession将session存储到一个Redis服务器中再次访问时可以到Redis服务器中获取session实现session共享。

2基于cookie实现无状态的会话保持方式

客户端访问时先到权限校验服务器校验权限生成一个cookie并进行加密只有服务器能解密客户端没密码无法解密客户端携带此cookie再次访问应用服务器应用服务器进行解密校验完成无状态的会话保持。

2、权重

通过upstream进行权重的定义。

1. weight权重
2. down下线不用了
3. backup备用服务器

修改配置文件后需要通过systemctl reload nginx命令重启Nginx。

nginx.conf配置如下

http{
	upstream httpnz {
		server 192.168.66.1 weight=1 down;
		server 192.168.66.2 weight=5 backup;
		server 192.168.66.3 weight=10;
	}
	server{
		listen 80;
		server_name nzbc;
		
		location / {
			proxy_pass http://httpnz;
		}
	
		error_page 500.html;
		location = /500.html{
			root html;
		}
	}
}

3、ip_hash

每个请求按访问ip的hash结果分配映射到固定某一台的服务器会导致负载均衡不平衡。

当此应用服务器宕机后session会丢失再次发起请求时会重新固定访问另一台正常的应用服务器并实现会话保持。

4、least_conn

最少连接访问。

5、url_hash

根据访问的url转发请求定向流量转发。

每个请求按访问url的hash结果分配映射到固定的某一台服务器会话无法保持。

一般在获取本地资源时使用且本地资源不在同一台服务器上比如通过地址1获取图片资源、通过地址2获取pdf协议资源。

6、fair

根据服务器响应时间转发请求。

7、小结

最常用的负载均衡策略是配置权重其它的形式不是很常用。

ip_hash、least_conn、url_hash、fair这几种形式无法实现动态Nginx上下线新增或减少Nginx服务器而且还会造成流量倾斜的问题如果瞬时流量比较爆炸的时候会将某个服务器直接干蹦。

六、动静分离

动静分离的最终目的是将获取静态资源和动态资源分离开提升服务器性能和高可用性。

配置静态资源nginx.conf配置如下

http{
	upstream httpnz {
		server 192.168.66.1 weight=1 down;
		server 192.168.66.2 weight=5 backup;
		server 192.168.66.3 weight=10;
	}
	server{
		listen 80;
		server_name nzbc;
		
		location / {
			proxy_pass http://httpnz;
		}
		
		location ~*/(js/img/css) {
			root html;
			index index.html index.htm;
		}
		
		error_page 500 502 503 504 /50x.html;
		location = /50x.html{
			root html;
		}
	}
}

七、URLRewrite

URLRewrite是实现URL重写的关键指令根据regex (正则表达式)部分内容重定向到replacement结尾是flag标记。

flag标记说明

1. break本条匹配完成后即终止
2. last本条匹配完成后继续向下匹配
3. redirect返回302临时重定向
4. permanent返回301永久重定向

配置URLRewritenginx.conf配置如下

http{
	upstream httpnz {
		server 192.168.66.1 weight=1 down;
		server 192.168.66.2 weight=5 backup;
		server 192.168.66.3 weight=10;
	}
	server{
		listen 80;
		server_name nzbc;
		
		location / {
			rewrite ^/([0-9]+).html$ /index.jsp?pageNum=$1 break;
			proxy_pass http://httpnz;
		}
		
		location ~*/(js/img/css) {
			root html;
			index index.html index.htm;
		}
		
		error_page 500 502 503 504 /50x.html;
		location = /50x.html{
			root html;
		}
	}
}

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