深入理解Nginx及使用Nginx实现负载均衡-nginx怎么实现负载均衡

前言

最近在部署项目时要求实现负载均衡，有趣的是发现网上一搜全部都是以下类似的配置文件

upstream localhost{ 
 server 127.0.0.1:8080 weight=1; 
 server 127.0.0.1:8081 weight=1; 
 } 
 server { 
 listen 80; 
 server_name localhost; 
 location / { 
 proxy_pass http://localhost; 
 index index.html index.htm index.jsp; 
  
 } 
 }

所以打算来看看Nginx内部原理，这篇博客主要介绍Nginx如何实现反向代理以及在Nginx中负载均衡的参数使用

一、正向代理与反向代理

正向代理是代理客户端，也就是客户端能真正接触到的，比如访问外网时需要使用VPN软件，在这个软件中用户可以选择连接哪里的服务器。

反向代理则是代理服务端，用户感知不到，只是客户端把请求发到服务端的端口时，Nginx监听到了便把该端口的请求转发到不同的服务器上。就以上面配置文件来讲解，当在网址中输入http://localhost:80/时(不加80一样时默认进入80端口，这里为了表示清楚)，而后Nginx监听到80端口的请求之后，就会查找对应的location来执行。由上面的配置文件我们可以看出是将请求转发到了不同的端口。这是在服务器中执行的，用户不可见。

而服务端中我们最常使用的反向代理的工具就是Nginx。

二、Nginx内部基本架构

nginx在启动后以daemon的方式在后台运行，会有一个master进程和多个worker进程。

master进程：主要用来管理worker进程，包含：接收来自外界的信号，向各worker进程发送信号，监控worker进程的运行状态，当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。

worker进程：处理基本的网络事件了。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核数一致，或者直接设置参数worker_processes auto;

所以Nginx基本的架构就如下：

当我们输入./nginx -s reload，就是来重启nginx，./nginx -s stop，就是来停止nginx的运行，这里面是如何做到的?执行命令时，我们是启动一个新的nginx进程，而新的nginx进程在解析到reload参数后，就知道我们的目的是控制nginx来重新加载配置文件了，它会向master进程发送信号。master进程在接到信号后，会先重新加载配置文件，然后再启动新的worker进程，并向所有老的worker进程发送信号，告诉他们可以光荣退休了。新的worker在启动后，就开始接收新的请求，而老的worker在收到来自master的信号后，就不再接收新的请求，并且在当前进程中的所有未处理完的请求处理完成后，再退出。所以使用上面命令重启Nginx的时候服务是不中断的。

三、Nginx如何处理客户端请求

首先来解释一下上面的架构图：每个worker进程都是从master进程分支过来的，在master进程里面，先建立好需要监听的socket之后，然后再分支出多个worker进程。所有worker进程的listenfd(socket中listenfd是指客户端连接本机时的fd,是用来和客户端通信用的)会在新连接到来时变得可读，为保证只有一个进程处理该连接，所有worker进程在注册listenfd读事件前抢accept_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件，在读事件里调用accept接受该连接。

在Nginx中worker进程之间是平等的，每个进程，处理请求的机会也是一样的。当Nginx监听80端口时，一个客户端的连接请求过来，每个进程都有可能处理这个连接，上面说到是每个worker进程都会去抢注listenfd读事件。当一个worker进程在accept这个连接之后，就开始读取请求，解析请求，处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，这样一个完整的请求就是这样的了。这里需要注意的是一个请求，完全由worker进程来处理，而且只在一个worker进程中处理。

下面两幅流程图能很好的帮我们理解

四、Nginx如何处理事件并且实现高并发

Nginx内部采用了异步非阻塞的方式来处理请求，也就是说，Nginx是可以同时处理成千上万个请求的。

异步非阻塞：当一个网络请求过来时，我们并不依赖于这个请求才能做后续操作，那么这个请求就是异步操作，也就是调用者在没有得到结果之前同样可以执行后续的操作。非阻塞就是当前进程/线程没有得到请求调用的结果时也不会妨碍到进程/线程后续的操作。可以看出异步和非阻塞的对象是不同的。

五、Nginx负载均衡的算法及参数

round robin(默认)：轮询方式，依次将请求分配到后台各个服务器中，适用于后台机器性能一致的情况，若服务器挂掉，可以自动从服务列表中剔除

weight：根据权重来分发请求到不同服务器中，可以理解为比例分发，性能较高服务器分多点请求，较低的则分少点请求

IP_hash：根据请求者ip的hash值将请求发送到后台服务器中，保证来自同一ip的请求被转发到固定的服务器上，解决session问题

upstream localhost {  
ip_hash;  
server 127.0.0.1:8080;  
server 127.0.0.1:8080;  
}

上面是最基本的三种算法，我们还可以通过改变参数来自行配置负载均衡

upstream localhost{  
ip_hash;  
server 127.0.0.1:9090 down;  
server 127.0.0.1:8080 weight=2;  
server 127.0.0.1:6060;  
server 127.0.0.1:7070 backup;  
}

参数列表如下：