Nginx百万并发背后技术揭秘!（nginx集群百万并发量）

在互联网业务高速发展的今天，用户访问量呈指数级增长，服务器面临的并发压力也越来越大。

一个高并发的网站，如果处理不当，可能会出现请求超时、服务器宕机、用户体验下降等问题。

Nginx 作为当前最流行的高性能 Web 服务器和反向代理服务器，以其轻量级、事件驱动、异步非阻塞的特点，成为高并发场景下的首选方案。

Nginx 的轻量级架构，能够高效管理连接数。

并且，采用异步非阻塞 I/O，支持高并发。

那么 Nginx，是如何在百万并发场景下依然保持高效稳定？下面我深入解析 Nginx 在高并发环境下的技术之道。

Nginx 的架构设计

Nginx 采用模块化、非阻塞、事件驱动的架构，能够高效处理大量并发请求。

Nginx 采用Master-Worker 模型，主要包含以下进程：

Master 进程

负责管理 Worker 进程，监控状态、热重载配置。

它会根据配置文件中的设置（如 worker_processes）,来决定启动多少个 Worker 进程。

除此之外，Master 进程会监控 Worker 进程的状态，如果某个 Worker 进程异常退出，Master 进程会自动重启它。

Worker 进程

Worker 进程：是 Nginx 实际执行请求处理的主力军。

它们承担着具体的负载均衡任务，当大量客户端请求涌入时，Worker 进程之间通过负载均衡机制协同处理。

依据预设的负载均衡算法，如轮询、加权轮询、IP 哈希…等。

RR 轮询（默认策略）：每个 Worker 进程依次处理请求。

Least Connections（最少连接）：优先分配给当前连接数最少的 Worker。

IP Hash：固定某个 IP 访问特定 Worker，提高缓存命中率。

Worker 进程能够将请求合理地分配给彼此，确保各个进程的负载相对均衡，充分利用系统资源。

同时，Worker 进程还负责代理功能，作为反向代理服务器，它能够接收客户端的请求，并将其转发到后端的真实服务器上等。

此外，Worker 进程还承担着静态资源服务的职责，对于客户端请求的静态资源，如：图片、CSS 样式表、JavaScript 脚本…等。

Worker 进程能够直接从本地磁盘读取并快速返回给客户端，大大提高了静态资源的访问速度，减轻了后端服务器的压力。

Cache 管理进程

在一些对缓存和日志管理有特定需求的场景中，Nginx 可以引入 Cache 管理进程。

Cache 管理进程主要负责管理缓存操作，它能够根据配置，对频繁访问的资源进行缓存处理。

例如，对于静态资源，Cache 管理进程可以将其缓存到内存或者磁盘中，当下次有相同的请求到来时，直接从缓存中读取并返回，减少了对后端服务器的访问，极大地提高了系统的响应速度。

Nginx事件驱动模型

Nginx 之所以能在高并发场景下表现优异，正是因为它利用了这些高效的 I/O 多路复用机制。

多路复用 I/O（epoll/kqueue），Nginx 通过 epoll（Linux）或 kqueue（BSD）高效管理大规模连接。

在传统的 select/poll 方式中，每次查询就绪的 socket 需要遍历整个文件描述符集合，随着连接数增加，性能下降严重。

而 epoll/kqueue 采用事件驱动方式，在事件发生时才通知进程，从而提升效率。

Nginx 采用 Reactor 模型，每个 Worker 进程基于 epoll/kqueue 监听事件，避免阻塞等待。

异步非阻塞机制，所有连接操作均采用回调，不会阻塞主线程，提高吞吐量。

Nginx 配置文件的优化

（1）优化 worker 进程数

根据服务器的 CPU 核心数合理设置工作进程数量。

例如，对于一个具有 8 个 CPU 核心的服务器，可以将 worker_processes 设置为 8 或 10。

通过这种方式，能够充分利用 CPU 资源，避免因进程过多导致的上下文切换开销过大，或因进程过少而无法充分发挥 CPU 性能。

worker_processes auto; # 让 Nginx 自动匹配 CPU 核心数
worker_cpu_affinity auto; # 绑定 CPU 核心，提高多核利用率

（2）优化并发连接数

worker_connections 65535; # 每个 Worker 支持最大连接数
multi_accept on; # 允许 Worker 进程同时接受多个新连接

（3）优化 keepalive 连接

合理设置连接超时时间，如 keepalive_timeout 和 client_body_timeout。

keepalive_timeout 用于设置客户端与服务器之间保持长连接的时间，适当缩短该时间可以避免过多的空闲连接占用资源。

client_body_timeout 用于设置读取客户端请求体的超时时间，设置合适的值能够防止因客户端异常导致的请求长时间占用资源。

keepalive_timeout 65; # 连接超时时间
keepalive_requests 10000; # 单个 keepalive 连接最大请求数

（4）Gzip 压缩优化

通过在配置文件中设置 gzip on，并合理配置 gzip_comp_level（压缩级别）等参数。

如将 gzip_comp_level 设置为 6（取值范围为 1 – 9，数值越大压缩比越高，但 CPU 开销也越大），可以在不显著增加服务器 CPU 负载的情况下，有效提升数据传输效率。

gzip on;
gzip_types text/plain application/json text/css application/javascript;
gzip_comp_level 6;

（5）TCP 连接优化

listen 80 reuseport backlog=65535;

• reuseport：允许多个 Worker 共享端口，提高吞吐量。
• backlog=65535：增大 TCP 连接队列，防止请求丢失。

（6）静态资源优化

缓存静态资源，减少服务器请求压力。

location /static/ {
    expires max;
    add_header Cache-Control "public, max-age=31536000";
}

通过这些优化策略，我们可以让 Nginx 在百万并发场景下保持高效稳定，最大化吞吐量！

作者：mikechen

来源：mikechen.cc