Nginx 介绍

Nginx官网：https://nginx.org

Nginx（发音为"engine-x"）是一款高性能的开源Web服务器、反向代理服务器和负载均衡器，由俄罗斯程序员Igor Sysoev于2004年首次发布，最初是为了解决C10K问题（同时处理10,000个连接）。经过20多年的发展，Nginx已成为全球最流行的Web服务器之一，驱动了超过40%最繁忙的网站。

Nginx 的核心特点

高性能架构：采用事件驱动的异步非阻塞处理方式，单机能够支持几万以上的并发连接。官方监测能支持5万并发，实际操作中，很多公司为了服务器稳定会设置在20000个左右。
极低资源消耗：Nginx采取了分阶段资源分配技术，使得CPU与内存占用率非常低。1万个非活跃的HTTP Keep-Alive连接在Nginx中仅消耗2.5MB内存。10个Nginx进程才占用150M内存。
高稳定性：Nginx支持热部署，几乎可以做到7×24小时不间断运行，即使运行数月也无需重新启动。其master-worker进程分离设计保证了高可用性。
模块化设计：由多个不同功能、不同层次、不同类型且耦合度极低的模块组成，支持动态加载模块扩展功能。
丰富的应用场景：不仅可作为Web服务器，还适用于反向代理、负载均衡、邮件代理、API网关等多种场景。
跨平台支持：可以在大多数Unix/Linux OS上编译运行，并有Windows移植版。支持Linux、FreeBSD、Solaris、Mac OS X、AIX以及Microsoft Windows等多种平台

Nginx 与 Apache 的对比

与传统Apache服务器相比，Nginx在多个方面表现出显著优势：

对比维度	Apache	Nginx
架构模型	进程/线程模型，每个连接创建一个新进程/线程	异步非阻塞事件驱动架构，一个工作进程处理多个连接
资源消耗	高内存消耗，尤其在高并发时	极低内存消耗，高并发时资源占用几乎不增长
静态文件处理	性能良好但资源占用高	性能卓越，资源消耗极低
动态内容处理	原生支持良好	需通过FastCGI等协议与后端交互
配置复杂度	配置相对复杂	配置文件简洁明了，易于维护
扩展性	通过模块扩展，但较重量级	轻量级模块化设计，扩展灵活

Nginx 的重要特性

Nginx的强大功能源自其丰富的特性集，这些特性使其成为现代Web架构中不可或缺的组件。

高性能HTTP服务器功能

作为HTTP服务器，Nginx能够高效地处理静态资源的请求，包括HTML页面、CSS样式表、JavaScript脚本、图片和视频等。其静态资源处理能力得益于：

高效的I/O模型：采用事件驱动的异步非阻塞I/O模型，在处理大量并发请求时保持低CPU和内存占用。
智能缓存机制：支持对静态资源进行缓存，减少磁盘I/O频繁访问，提高响应速度。
sendfile系统调用：使用sendfile()系统调用实现零拷贝文件传输，大幅提升静态文件服务性能

反向代理与负载均衡

Nginx的反向代理功能是其最常用的特性之一：

请求转发：接收客户端请求并转发给后端服务器，对外隐藏真实服务器地址。
负载均衡算法：支持轮询、weight权重、ip_hash、least_conn、fair和url_hash等多种策略：
- 轮询：默认策略，按时间顺序逐一分配请求
- weight：按指定权重比例分配请求
- ip_hash：按客户端IP哈希结果固定分配服务器，解决session同步问题
- least_conn：优先分配给连接数最少的服务器
- fair：按服务器响应时间分配（第三方模块）
- url_hash：按URL哈希固定分配服务器（第三方模块）
健康检查：自动感知后端服务器状态，将故障节点从集群中剔除

高扩展性的模块化架构

Nginx由内核和模块组成，内核设计简洁，仅负责请求到location块的映射，具体功能由模块实现。模块分为三类：

核心模块：HTTP模块、EVENT模块和MAIL模块，提供基础功能。
基础模块：如HTTP Access模块、HTTP FastCGI模块、HTTP Proxy模块和HTTP Rewrite模块等。
第三方模块：如HTTP Upstream Request Hash模块、Notice模块等，用户也可开发自定义模块

Nginx 架构与性能优势

Nginx 实现原理

mermaid

flowchart TD
    %% 颜色定义
    classDef admin fill:#ffffff,stroke:#000000
    classDef nginx fill:#ffd699,stroke:#000000
    classDef master fill:#99cc99,stroke:#000000
    classDef worker fill:#99cc99,stroke:#000000
    classDef client fill:#ffb366,stroke:#000000

    %% 节点定义
    A[管理员]:::admin
    M[master进程]:::master
    W1[worker进程]:::worker
    W2[worker进程]:::worker
    C1[client]:::client
    C2[client]:::client
    C3[client]:::client
    C4[client]:::client

    %% 层级结构
    subgraph Nginx架构
       M -- 信号 --> W1
       M -- 信号 --> W2
    end

    %% 连接关系
    A -- signal --> M
    W1 -- 连接 --> C1
    W1 -- 连接 --> C2
    W2 -- 连接 --> C3
    W2 -- 连接 --> C4

Nginx采用master-worker多进程模型，这种设计是其高性能的基础：

Master进程：管理进程，负责：
- 接收外界信号并作出响应
- 向worker进程发送信号
- 监控worker进程运行状态
- worker异常退出时自动重启新进程
Worker进程：实际处理网络请求的进程，特点包括：
- 各worker进程独立平等，同等竞争客户端请求
- 单线程、异步非阻塞模式处理请求
- 数量通常设置为与CPU核数相同
- 每个worker可处理数千个并发连接

这种架构实现了：

高可靠性：worker进程相互隔离，一个崩溃不会影响其他worker
热部署能力：可在不中断服务的情况下升级或重载配置
资源隔离：各worker独立处理请求，避免资源竞争

事件驱动与异步非阻塞I/O

维度	Single-Threaded（单线程异步阻塞）	Multi-threaded（多线程同步阻塞）	Asynchronous（单线程异步非阻塞）
线程数量	1	N（通常=CPU核心数）	1
并发能力	无	线程级并发	任务级并发
I/O处理	阻塞	阻塞但多线程弥补	非阻塞
资源消耗	极低	高（线程栈内存）	低（协程/回调）
调试难度	简单	困难（竞态/死锁）	中等（回调地狱）
适用场景	低并发简单逻辑	CPU密集型	I/O密集型高并发

事件驱动

Nginx高性能的核心在于其事件驱动的异步非阻塞处理机制：

事件收集器：通过epoll（Linux）、kqueue（FreeBSD）等I/O多路复用技术监控多个连接。
事件分发器：当事件发生时，将其分配到对应的事件处理器
事件处理器：执行具体I/O操作，处理请求并生成响应。

异步

与传统Apache的同步阻塞模型相比，Nginx的异步非阻塞模型优势明显：

高并发：单worker可同时处理数万连接，无需为每个连接创建线程/进程
低延迟：无上下文切换开销，响应速度更快
高效资源利用：无进程/线程创建销毁开销，CPU和内存占用极低

Nginx 介绍 ​

Nginx 的核心特点 ​

Nginx 与 Apache 的对比 ​

Nginx 的重要特性 ​

高性能HTTP服务器功能 ​

反向代理与负载均衡 ​

高扩展性的模块化架构 ​

Nginx 架构与性能优势 ​

Nginx 实现原理 ​

事件驱动与异步非阻塞I/O ​

事件驱动 ​

异步 ​