Nginx反向代理实现支持长连接详解

前言

Nginx upstream与后端的连接默认为短连接，通过HTTP/1.0向后端发起连接，并把请求的"Connection" header设为"close"。Nginx与前端的连接默认为长连接，一个用户跟Nginx建立连接之后，通过这个长连接发送多个请求。如果Nginx只是作为reverse proxy的话，可能一个用户连接就需要多个向后端的短连接。如果后端的服务器（源站或是缓存服务器）处理并发连接能力不强的话，就可能导致瓶颈的出现。

Nginx目前的upstream连接建立和获取的机制如下图。Nginx会在一开始创建connection pool（进程间不共享，可以避免锁），提供给所有向前/后的连接。

如果要实现upstream长连接，则每个进程需要另外一个connection pool，里面都是长连接。一旦与后端服务器建立连接，则在当前请求连接结束之后不会立即关闭连接，而是把用完的连接保存在一个keepalive connection pool里面，以后每次需要建立向后连接的时候，只需要从这个连接池里面找，如果找到合适的连接的话，就可以直接来用这个连接，不需要重新创建socket或者发起connect()。这样既省下建立连接时三次握手的时间消耗，又可以避免TCP连接的slow start。如果在keepalive连接池找不到合适的连接，那就按照原来的步骤重新建立连接。假设连接查找时间可以忽略不计，那么这种方法肯定是有益而无害的（当然，需要少量额外的内存）。

具体如何来设计这个keepalive connection pool，不同人有不同的选择。比如Nginx目前的第三方模块upstream keepalive（作者Maxim Dounin）使用了一个queue来做。因为upstream的服务器很可能是多个，所以可能当保持的连接数多的时候，查找的时间可能会较长。可以给每个upstream服务器都分配一个pool（queue），缩短查找时间。但是总体来说内存操作很快，影响不会很大。upstream keepalive模块目前只支持memcached，但是可以重用其代码来达到对http upstream的长连接。由于Nginx作者之前没有考虑upstream的长连接，所以在设计上要把http upstream keepalive模块化可能比较难，只能通过手动修改代码来做到。

一个完整的让upstream支持长连接的配置示例如下：

#user nobody; worker_processes 1;  #error_log logs/error.log; #error_log logs/error.log notice; #error_log logs/error.log info;  #pid logs/nginx.pid;   events {  worker_connections 1024; }   http {  include mime.types;  default_type application/octet-stream;   #log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '  #   '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '  #   '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';   #access_log logs/access.log main;   client_max_body_size 20M;  client_header_buffer_size 32k;  large_client_header_buffers 4 32k;   sendfile on;  #tcp_nopush on;   #keepalive_timeout 0;  keepalive_timeout 65;   #gzip on;   proxy_buffer_size 64k;  proxy_buffers 32 32k;  proxy_busy_buffers_size 128k;   upstream aauCfg_backend {  server 127.0.0.1:97;  keepalive 16;  }   upstream HFC_backend {  server 127.0.0.1:8090;  keepalive 16;  }   upstream manager_backend {  server 127.0.0.1:8095;  keepalive 16;  }   server {  listen 80;  server_name localhost;   #charset koi8-r;   #access_log logs/host.access.log main;   root html/tools;  index index.html index.htm index.php;    proxy_http_version 1.1;  proxy_set_header Connection "";  proxy_set_header Host $host;  proxy_set_header X-Real_IP $remote_addr;  proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;    location / {   if (!-e $request_filename) {   #rewrite ^/(.*)$ /index.php/$1 last;   #break;   rewrite ^/(.*)$ /index.php/$1;   }  }    location ~* /.(ico|css|js|gif|jpe?g|png)(/?[0-9]+)?$ {   expires max;   log_not_found off;  }    location ^~ /aauCfg/ {   #proxy_pass http://$remote_addr:97$request_uri;   proxy_pass http://aauCfg_backend;  }    location ^~ /HFC/ {   #proxy_pass http://$remote_addr:8090$request_uri;   proxy_pass http://HFC_backend;  }    location ^~ /manager/ {   #proxy_pass http://$remote_addr:8095$request_uri;   proxy_pass http://manager_backend;  }    #error_page 404  /404.html;   # redirect server error pages to the static page /50x.html  #  error_page 500 502 503 504 /50x.html;  location = /50x.html {   root html;  }   # proxy the PHP scripts to Apache listening on 127.0.0.1:80  #  #location ~ /.php$ {  # proxy_pass http://127.0.0.1;  #}   # pass the PHP scripts to FastCGI server listening on 127.0.0.1:9000  #  #location ~ /.php$ {  # fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;  # fastcgi_index index.php;  # fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;  # include fastcgi_params;  #}    location ~ .php  {   fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;   fastcgi_index index.php;   fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;   include fastcgi.conf;   include fastcgi_params;    #定义变量 $path_info ，用于存放pathinfo信息   set $path_info "";   #定义变量 $real_script_name，用于存放真实地址   set $real_script_name $fastcgi_script_name;   #如果地址与引号内的正则表达式匹配   if ($fastcgi_script_name ~ "^(.+?/.php)(/.+)$") {    #将文件地址赋值给变量 $real_script_name    set $real_script_name $1;    #将文件地址后的参数赋值给变量 $path_info    set $path_info $2;   }   #配置fastcgi的一些参数   fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$real_script_name;   fastcgi_param SCRIPT_NAME $real_script_name;   fastcgi_param PATH_INFO $path_info;  }   # deny access to .htaccess files, if Apache's document root  # concurs with nginx's one  #  #location ~ //.ht {  # deny all;  #}  }    # another virtual host using mix of IP-, name-, and port-based configuration  #  #server {  # listen 8000;  # listen somename:8080;  # server_name somename alias another.alias;   # location / {  # root html;  # index index.html index.htm;  # }  #}    # HTTPS server  #  #server {  # listen 443 ssl;  # server_name localhost;   # ssl_certificate cert.pem;  # ssl_certificate_key cert.key;   # ssl_session_cache shared:SSL:1m;  # ssl_session_timeout 5m;   # ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;  # ssl_prefer_server_ciphers on;   # location / {  # root html;  # index index.html index.htm;  # }  #}  }