如何使用Nginx代理服务器实现Web服务的缓存和预加载？

1. 什么是Nginx代理服务器？

Nginx是一个高性能的HTTP和反向代理服务器，它可以在Linux、Unix、BSD和Windows下运行。它的主要作用是作为Web服务器和反向代理服务器，可以轻松地处理大量的并发连接，节省服务器资源。

反向代理服务器指的是代理服务器将请求转发到内部资源，并将响应返回给外部客户端。通常情况下，反向代理服务器和Web服务器是分离的，客户端只能访问反向代理服务器。这种方式可以提高服务器的安全性和性能。

2. Nginx如何实现Web服务的缓存和预加载？

2.1 缓存

缓存是指将传输过的数据存储在本地或远程的缓存中，以便下次使用时可以快速访问。Nginx缓存模块可以帮助我们实现Web服务的缓存，提高访问速度、减轻后端服务器压力和降低带宽成本。

Nginx缓存模块有两种方式：proxy_cache和fastcgi_cache。proxy_cache适用于反向代理和动态缓存，而fastcgi_cache适用于FastCGI服务的静态内容缓存。下面我们重点介绍proxy_cache的使用。

2.2 配置proxy_cache

配置proxy_cache主要有以下几个步骤：

2.2.1 启用缓存

首先需要在nginx.conf中启用缓存功能。

http {
    proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m inactive=60m;
}

其中，/path/to/cache是缓存文件存储的路径，levels是缓存路径的层级，keys_zone是缓存区的名称和内存大小，inactive是如果在inactive时间内没有请求，那么缓存就会被清除。

2.2.2 配置缓存

配置缓存的方式有两种：proxy_cache_key和proxy_cache_valid。

2.2.2.1 proxy_cache_key

proxy_cache_key是用来生成缓存文件名的，可以根据请求的URL、参数、Cookie、User-Agent等信息来生成一个唯一的缓存文件名。

location / {
    proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
}

2.2.2.2 proxy_cache_valid

proxy_cache_valid用于配置缓存过期时间。

location / {
    proxy_cache_valid 200 1h;
}

以上配置表示当响应状态码为200时，缓存有效期为1小时。

2.3 刷新缓存

当我们手动修改了资源文件后，需要刷新缓存。刷新缓存的方式有两种：物理删除和更新时间戳。

2.3.1 物理删除

在nginx.conf中添加下面的配置即可：

location /clear_cache {
    proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m;
    add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
    proxy_cache_bypass $http_pragma;
    proxy_cache_revalidate on;
    if ($arg.secret != "xxxx") {
        return 403;
    }
    proxy_cache_bypass $http_secret;
    add_header Cache-Control "no-cache";
    proxy_cache_purge my_cache "$scheme$request_method$host$request_uri";
    return 200;
}

之后，我们只需要访问http://your-domain/clear_cache?secret=xxxx即可清除缓存。

2.3.2 更新时间戳

在nginx.conf中添加下面的配置即可：

location / {
    proxy_cache_bypass $http_pragma;
    proxy_cache_revalidate on;
    if ($upstream_cache_status !~ "(HIT|UPD)") {
        add_header X-Cache-Status "updating";
        set $memcached_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
        memcached_pass 127.0.0.1:11211;
        error_page 404 = @generate_response;
    }
    default_type text/html;
    try_files $uri @static_content;
}
location @static_content {
    proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri:$upstream_response_time:$memcached_key";
    proxy_cache_valid 200 1d;
    proxy_cache_valid any 5m;
    proxy_cache_valid 404 1m;
    proxy_cache_bypass $http_pragma;
    proxy_cache_revalidate on;
    add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
    proxy_pass http://backend;
}

以上配置会在响应头中添加Last-Modified字段，表示缓存文件的最后修改时间。使用if_modified_since字段验证缓存是否过期，如果缓存有效，则返回304，否则返回200。

3. 预加载

预加载指的是在客户端发起请求之前，主动将资源文件缓存到本地或CDN的预加载服务器上，以便在后续访问时可以快速访问。

3.1 配置预加载

配置预加载的方式有两种：preload和sub_filter。

3.1.1 preload

在nginx.conf中添加下面的配置即可：

location / {
    proxy_pass http://backend;
    sub_filter '' '';
    sub_filter_once off;
}

以上配置会在HTML的标签中自动添加preload指令，用于预加载字体文件。可以配置多个sub_filter。

3.1.2 sub_filter

在nginx.conf中添加下面的配置即可：

location / {
    proxy_pass http://backend;
    sub_filter_once off;
}

以上配置会将HTML中的标签替换为预加载指令。

4. 总结

Nginx代理服务器可以帮助我们实现Web服务的缓存和预加载，提高访问速度、减轻后端服务器压力和降低带宽成本。缓存有两种方式：proxy_cache和fastcgi_cache，其中proxy_cache适用于反向代理和动态缓存，fastcgi_cache适用于FastCGI服务的静态内容缓存。预加载有两种方式：preload和sub_filter。