深入理解Nginx Upstream Keepalive模塊

Nginx Upstream Keepalive是一個Nginx的第三方Module，用於替代Nginx官方提供的Upstream模塊中的upstream directive，實現在Nginx中保持長連接的效果，從而提高Nginx在處理大量連接時的性能。下面將從使用場景、原理、配置等不同方面進行詳細闡述。

一、使用場景

在web應用中，當客戶端發起請求時，請求會被傳遞到web server上，web server需要分配請求到相應的後端伺服器處理。通常情況下，web server使用proxy_pass指令將請求轉發給後端伺服器，如下所示：

location /api/ {
    proxy_pass http://backend;
}

這時候，Nginx會建立與後端伺服器的短鏈接，處理完該請求後立即關閉鏈接，這個周期會一直循環下去。但是，這會受到客戶端連接數量和伺服器響應時間的限制。Nginx Upstream Keepalive的作用就是在客戶端與後端之間建立一個長連接，使得客戶端與後端伺服器之間的連接在一段時間內保持打開狀態，從而減小連接建立和關閉的開銷，提高性能。

二、原理

Nginx Upstream Keepalive模塊在處理連接時，實現了TCP連接池的功能。建立TCP連接時，Nginx會維護一個client-ip：port -> server-ip：port的列表，每次客戶端連接過來時直接從列表中取，如果有空閑的就直接取出使用，如果沒有就新建一個連接。

對於每個連接，Nginx會維護其keepalive timeout（keepalive連接的超時時間）和keepalive_requests（這個連接最多處理的請求數量），在超出這兩者的時間或請求數量後，Nginx會關閉該連接。這樣在短時間內，下次請求如果是同一個客戶端，則可以直接使用該連接，而無需再進行TCP三次握手，從而提高響應速度。

三、配置

下面是使用Nginx Upstream Keepalive模塊的配置方法：

upstream backend {
    server 127.0.0.1:8080;
    keepalive 32;
}
server {
    listen 80;
    server_name localhost;
    location /api/ {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Connection "";
    }
}

在upstream指令裡面，keepalive參數為連接池的大小，即最多可以維護多少個長連接。默認值為0，表示不啟用keepalive機制。在server指令里，proxy_set_header Connection “”指定了告訴後端服務不要關閉連接，從而實現長連接。

四、注意事項

在使用Nginx Upstream Keepalive模塊時，需要考慮以下幾點：

• keepalive_timeout指令與proxy_read_timeout指令之間的關係：如果proxy_read_timeout指令的值小於keepalive_timeout，則長時間沒收到後端響應的請求會將連接關閉
• client_max_body_size指令與keepalive_requests指令之間的關係：如果客戶端傳輸的數據體積超過client_max_body_size，則連接會被關閉，即使keepalive_requests還未達到上限
• keepalive_timeout指令的值應該根據應用而定，不能設置得太小或太大；keepalive_requests指令的值也應該根據具體情況來定，不能設置得太小或太大
• 如果upstream里有多個server，keepalive_connections此時表示的是每個server用來緩存TCP連接的數量，即連接池的大小。因為每個server都維護一個連接池，所以對於upstream中有多個server的情況，upstream keepalive的總緩存連接數量會是三個server的keepalive_connections之和

五、總結

Nginx Upstream Keepalive模塊可以為web應用提供性能優化的功能，通過使用長連接，避免了TCP三次握手和揮手的時間消耗。在使用時需要注意keepalive_timeout、keepalive_requests、client_max_body_size指令的配置，從而實現最佳的性能。