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nginx反向代理時如何保持長連接

更新時間：2020年10月30日 14:25:03 作者：流年的夏天

如果我們使用了nginx去作為反向代理或者負(fù)載均衡，從客戶端過來的長連接請求就會被轉(zhuǎn)換成短連接發(fā)送給服務(wù)器端。為了支持長連接，我們需要在nginx服務(wù)器上做一些配置。

·【場景描述】

HTTP1.1之后，HTTP協(xié)議支持持久連接，也就是長連接，優(yōu)點(diǎn)在于在一個TCP連接上可以傳送多個HTTP請求和響應(yīng)，減少了建立和關(guān)閉連接的消耗和延遲。

如果我們使用了nginx去作為反向代理或者負(fù)載均衡，從客戶端過來的長連接請求就會被轉(zhuǎn)換成短連接發(fā)送給服務(wù)器端。

為了支持長連接，我們需要在nginx服務(wù)器上做一些配置。

·【要求】

使用nginx時，想要做到長連接，我們必須做到以下兩點(diǎn)：

從client到nginx是長連接
從nginx到server是長連接

對于客戶端而言，nginx其實(shí)扮演著server的角色，反之，之于server，nginx就是一個client。

·【保持和 Client 的長連接】

我們要想做到Client與Nginx之間保持長連接，需要：

Client發(fā)送過來的請求攜帶"keep-alive"header。
Nginx設(shè)置支持keep-alive

【HTTP配置】

默認(rèn)情況下，nginx已經(jīng)開啟了對client連接的 keepalive 支持。對于特殊場景，可以調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

http {

keepalive_timeout 120s;    #客戶端鏈接超時時間。為0的時候禁用長連接。

keepalive_requests 10000;  #在一個長連接上可以服務(wù)的最大請求數(shù)目。

                         #當(dāng)達(dá)到最大請求數(shù)目且所有已有請求結(jié)束后，連接被關(guān)閉。

                         #默認(rèn)值為100

}

大多數(shù)情況下，keepalive_requests = 100也夠用，但是對于 QPS 較高的場景，非常有必要加大這個參數(shù)，以避免出現(xiàn)大量連接被生成再拋棄的情況，減少TIME_WAIT。

QPS=10000 時，客戶端每秒發(fā)送 10000 個請求 (通常建立有多個長連接)，每個連接只能最多跑 100 次請求，意味著平均每秒鐘就會有 100 個長連接因此被 nginx 關(guān)閉。

同樣意味著為了保持 QPS，客戶端不得不每秒中重新新建 100 個連接。

因此，如果用netstat命令看客戶端機(jī)器，就會發(fā)現(xiàn)有大量的TIME_WAIT的socket連接 (即使此時keep alive已經(jīng)在 Client 和 NGINX 之間生效)。

·【保持和Server的長連接】

想讓Nginx和Server之間維持長連接，最樸素的設(shè)置如下：

http {

upstream backend {

  server 192.168.0.1：8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s;

  server 192.168.0.2：8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s;

  keepalive 300; // 這個很重要！

}   

server {

listen 8080 default_server;

server_name "";

   

location / {

proxy_pass http://backend;

proxy_http_version 1.1;                         # 設(shè)置http版本為1.1

proxy_set_header Connection "";      # 設(shè)置Connection為長連接（默認(rèn)為no）}

}

}

}

【upstream配置】

upstream中，有一個參數(shù)特別的重要，就是keepalive。

這個參數(shù)和之前http里面的 keepalive_timeout 不一樣。

這個參數(shù)的含義是，連接池里面最大的空閑連接數(shù)量。

不理解？沒關(guān)系，我們來舉個例子：

場景：

有一個HTTP服務(wù)，作為upstream服務(wù)器接收請求，響應(yīng)時間為100毫秒。

要求性能達(dá)到10000 QPS，我們需要在nginx與upstream服務(wù)器之間建立大概1000條HTTP請求。（1000/0.1s=10000）

最優(yōu)情況：

假設(shè)請求非常的均勻平穩(wěn)，每一個請求都是100ms，請求結(jié)束會被馬上放入連接池并置為idle（空閑）狀態(tài)。

我們以0.1s為單位：

1. 我們現(xiàn)在keepalive的值設(shè)置為10，每0.1s鐘有1000個連接

2. 第0.1s的時候，我們一共有1000個請求收到并釋放

3. 第0.2s的時候，我們又來了1000個請求，在0.2s結(jié)束的時候釋放

請求和應(yīng)答都比較均勻，0.1s釋放的連接正好夠用，不需要建立新連接，且連接池中沒有idle狀態(tài)的連接。

第一種情況：

應(yīng)答非常平穩(wěn)，但是請求不平穩(wěn)的時候

4. 第0.3s的時候，我們只有500個請求收到，有500個請求因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲等原因沒有進(jìn)來

這個時候，Nginx檢測到連接池中有500個idle狀態(tài)的連接，就直接關(guān)閉了（500-10）個連接

5. 第0.4s的時候，我們收到了1500個請求，但是現(xiàn)在池里面只有（500+10）個連接，所以Nginx不得不重新建立了（1500-510）個連接。

如果在第4步的時候，沒有關(guān)閉那490個連接的話，只需要重新建立500個連接。

第二種情況：

請求非常平穩(wěn)，但是應(yīng)答不平穩(wěn)的時候

4. 第0.3s的時候，我們一共有1500個請求收到

但是池里面只有1000個連接，這個時候，Nginx又創(chuàng)建了500個連接，一共1500個連接

5. 第0.3s的時候，第0.3s的連接全部被釋放，我們收到了500個請求

Nginx檢測到池里面有1000個idle狀態(tài)的連接，所以不得不釋放了（1000-10）個連接

造成連接數(shù)量反復(fù)震蕩的一個推手，就是這個keepalive 這個最大空閑連接數(shù)。

上面的兩種情況說的都是 keepalive 設(shè)置的不合理導(dǎo)致Nginx有多次釋放與創(chuàng)建連接的過程，造成資源浪費(fèi)。

keepalive 這個參數(shù)設(shè)置一定要小心，尤其是對于 QPS 要求比較高或者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定的場景，一般根據(jù) QPS 值和平均響應(yīng)時間能大致推算出需要的長連接數(shù)量。

然后將keepalive設(shè)置為長連接數(shù)量的10%到30%。

【location配置】

http {

server {

location / {

proxy_pass http://backend;

proxy_http_version 1.1;                         # 設(shè)置http版本為1.1

proxy_set_header Connection "";      # 設(shè)置Connection為長連接（默認(rèn)為no）

}

}

}

HTTP 協(xié)議中對長連接的支持是從 1.1 版本之后才有的，因此最好通過 proxy_http_version 指令設(shè)置為 1.1。

HTTP1.0不支持keepalive特性，當(dāng)沒有使用HTTP1.1的時候，后端服務(wù)會返回101錯誤，然后斷開連接。

而 "Connection" header 可以選擇被清理，這樣即便是 Client 和 Nginx 之間是短連接，Nginx 和 upstream 之間也是可以開啟長連接的。

【另外一種高級方式】

http {

map $http_upgrade $connection_upgrade {

default upgrade;

'' close;

}   

upstream backend {

server 192.168.0.1：8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s;

server 192.168.0.2：8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s;

keepalive 300;

}   

server {

listen 8080 default_server;

server_name "";

location / {

proxy_pass http://backend;

   

proxy_connect_timeout 15;       #與upstream server的連接超時時間（沒有單位，最大不可以超過75s）

proxy_read_timeout 60s;           #nginx會等待多長時間來獲得請求的響應(yīng)

proxy_send_timeout 12s;           #發(fā)送請求給upstream服務(wù)器的超時時間   

proxy_http_version 1.1;

proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;

proxy_set_header Connection $connection_upgrade;

}

}

}

http里面的map的作用是：

讓轉(zhuǎn)發(fā)到代理服務(wù)器的 "Connection" 頭字段的值，取決于客戶端請求頭的 "Upgrade" 字段值。

如果 $http_upgrade沒有匹配，那 "Connection" 頭字段的值會是upgrade。

如果 $http_upgrade為空字符串的話，那 "Connection" 頭字段的值會是 close。

【補(bǔ)充】

NGINX支持WebSocket。

對于NGINX將升級請求從客戶端發(fā)送到后臺服務(wù)器，必須明確設(shè)置Upgrade和Connection標(biāo)題。

這也算是上面情況所非常常用的場景。

HTTP的Upgrade協(xié)議頭機(jī)制用于將連接從HTTP連接升級到WebSocket連接，Upgrade機(jī)制使用了Upgrade協(xié)議頭和Connection協(xié)議頭。

為了讓Nginx可以將來自客戶端的Upgrade請求發(fā)送到后端服務(wù)器，Upgrade和Connection的頭信息必須被顯式的設(shè)置。

【注意】

在nginx的配置文件中，如果當(dāng)前模塊中沒有proxy_set_header的設(shè)置，則會從上級別繼承配置。