lolly/docs/04-nginx-proxy-loadbalancing.md

NGINX 反向代理与负载均衡指南

1. 反向代理基础

什么是反向代理

反向代理服务器接收客户端请求，将请求转发给后端服务器，获取响应后返回给客户端。NGINX 作为反向代理可以：

• 隐藏后端服务器真实地址
• 实现负载均衡
• 缓存响应内容
• SSL 终端加密
• 压缩响应内容
• 请求路由与重写

基础配置示例

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend.example.com:8080;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

---

2. proxy_pass 指令详解

语法

proxy_pass URL;

URL 可以是：

• HTTP 地址：http://backend:8080
• HTTPS 地址：https://backend:8443
• Unix Socket：unix:/tmp/backend.socket
• upstream 组：http://backend_group
• 变量：http://$backend

URI 传递规则

带 URI 的 proxy_pass：请求 URI 中匹配 location 的部分会被替换。

location /name/ {
    proxy_pass http://127.0.0.1/remote/;
    # /name/test -> /remote/test
}

location /api/ {
    proxy_pass http://backend/v1/;
    # /api/users -> /v1/users
}

不带 URI 的 proxy_pass：请求 URI 以原始形式传递。

location /some/path/ {
    proxy_pass http://127.0.0.1;
    # /some/path/test -> /some/path/test
}

使用变量：

location / {
    proxy_pass http://$backend;
    # 需要配合 resolver 指令解析域名
}

resolver 10.0.0.1 valid=300s;

---

3. 请求头设置

proxy_set_header

设置传递给后端服务器的请求头。

proxy_set_header Host $host;                   # 传递原始 Host
proxy_set_header Host $http_host;              # 传递 Host 头（含端口）
proxy_set_header Host backend.example.com;     # 固定 Host 值

proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;       # 客户端真实 IP
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;  # 代理链
proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;    # 原始协议

# 删除请求头
proxy_set_header Accept-Encoding "";           # 删除该字段

默认行为

头字段	默认值
Host	$proxy_host（proxy_pass 中的地址）
Connection	close

---

4. 负载均衡配置

upstream 块定义

upstream backend {
    server backend1.example.com weight=5;
    server backend2.example.com:8080;
    server 192.168.0.1:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backend3.example.com backup;        # 备份服务器
    server unix:/tmp/backend4;
}

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

负载均衡算法

算法	指令	说明
轮询	默认	请求依次分发（加权）
最少连接	least_conn;	分配给活动连接最少的服务器
IP Hash	ip_hash;	同一客户端 IP 始终路由到同一服务器
Hash	hash key [consistent];	基于指定键哈希，支持一致性哈希
随机	random [two [method]];	随机选择，two 表示选两台再择优

配置示例

轮询（默认）：

upstream backend {
    server srv1.example.com;
    server srv2.example.com;
    server srv3.example.com;
}

加权轮询：

upstream backend {
    server srv1.example.com weight=5;  # 5/7 的请求
    server srv2.example.com weight=2;  # 2/7 的请求
    server srv3.example.com;           # 1/7 的请求（默认 weight=1）
}

最少连接：

upstream backend {
    least_conn;
    server srv1.example.com;
    server srv2.example.com;
    server srv3.example.com;
}

IP Hash（会话持久性）：

upstream backend {
    ip_hash;
    server srv1.example.com;
    server srv2.example.com;
    server srv3.example.com;
}

一致性哈希：

upstream backend {
    hash $request_uri consistent;
    server srv1.example.com;
    server srv2.example.com;
    server srv3.example.com;
}

server 指令参数

参数	说明	默认值
weight=N	权重值	1
max_conns=N	最大并发连接数	0（无限制）
max_fails=N	失败次数阈值	1
fail_timeout=T	失败统计时间及不可用持续时间	10s
backup	备份服务器（主服务器不可用时使用）	-
down	标记为永久不可用	-
resolve	监控域名 IP 变化（需 zone + resolver）	-

upstream backend {
    zone backend 64k;
    resolver 10.0.0.1;

    server backend1.example.com weight=5 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backend2.example.com resolve;
    server backup1.example.com backup;
}

---

5. 健康检查

被动健康检查（内置）

upstream backend {
    server srv1.example.com max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server srv2.example.com max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

机制：

• 在 fail_timeout 时间内连续失败 max_fails 次，服务器标记为不可用
• fail_timeout 时间后再次尝试

主动健康检查（NGINX Plus）

upstream backend {
    zone backend 64k;

    server srv1.example.com;
    server srv2.example.com;

    health_check interval=5s fails=3 passes=2;
    health_check uri=/health;
}

---

6. 超时配置

主要超时指令

指令	说明	默认值
proxy_connect_timeout	建立连接超时	60s
proxy_send_timeout	传输请求超时	60s
proxy_read_timeout	读取响应超时	60s

location / {
    proxy_connect_timeout 5s;
    proxy_send_timeout 10s;
    proxy_read_timeout 30s;
    proxy_pass http://backend;
}

---

7. 缓冲配置

响应缓冲

proxy_buffering on;                  # 默认 on
proxy_buffer_size 4k;                # 响应头缓冲区大小
proxy_buffers 8 16k;                 # 响应体缓冲区数量和大小
proxy_busy_buffers_size 32k;         # 同时发送给客户端的缓冲区总大小
proxy_max_temp_file_size 1024m;      # 临时文件最大大小
proxy_temp_file_write_size 64k;      # 每次写入临时文件大小

禁用缓冲（实时传输）

location /stream/ {
    proxy_buffering off;
    proxy_pass http://backend;
}

---

8. 缓存配置

缓存路径定义

http {
    proxy_cache_path /data/nginx/cache
        levels=1:2                    # 目录层级（1:2 表示 16*256 个子目录）
        keys_zone=one:10m             # 共享内存区名称和大小（1MB 约 8000 个键）
        inactive=60m                  # 非活动数据保留时间
        max_size=1g                   # 缓存最大大小
        use_temp_path=off;            # 临时文件存放位置
}

启用缓存

server {
    location / {
        proxy_cache one;              # 使用定义的缓存区
        proxy_cache_key "$host$request_uri";  # 缓存键
        proxy_cache_valid 200 302 10m;        # 200/302 响应缓存 10 分钟
        proxy_cache_valid 404 1m;             # 404 响应缓存 1 分钟
        proxy_cache_valid any 1m;             # 其他响应缓存 1 分钟
        proxy_pass http://backend;
    }
}

缓存条件控制

# 不从缓存获取响应的条件
proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache;

# 不将响应保存到缓存的条件
proxy_no_cache $http_pragma $http_authorization;

使用过期缓存

proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;
# 在后端错误、超时、正在更新时使用过期缓存

缓存锁

proxy_cache_lock on;                 # 同时刻只允许一个请求填充缓存
proxy_cache_lock_timeout 5s;         # 锁超时时间

---

9. 故障转移

proxy_next_upstream

定义在何种情况下将请求传递给下一台服务器。

proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;
proxy_next_upstream_timeout 30s;     # 限制总时间
proxy_next_upstream_tries 3;         # 限制尝试次数

条件类型：

条件	说明
error	与后端建立连接出错
timeout	连接、传输或读取超时
invalid_header	后端返回空或无效响应头
http_XXX	后端返回指定状态码
non_idempotent	非幂等请求（POST、LOCK）也进行重试

---

10. SSL/HTTPS 代理

代理到 HTTPS 后端

location / {
    proxy_pass https://backend.example.com;
    proxy_ssl_verify on;                         # 验证后端证书
    proxy_ssl_trusted_certificate /path/to/ca.crt;
    proxy_ssl_verify_depth 2;
    proxy_ssl_server_name on;                    # 启用 SNI
}

代理 SSL 配置

指令	说明	默认值
proxy_ssl	启用 HTTPS 代理	off
proxy_ssl_protocols	启用的协议	TLSv1.2 TLSv1.3
proxy_ssl_ciphers	加密套件	DEFAULT
proxy_ssl_verify	验证后端证书	off
proxy_ssl_verify_depth	验证深度	1
proxy_ssl_server_name	启用 SNI	off
proxy_ssl_certificate	客户端证书	-
proxy_ssl_certificate_key	客户端密钥	-

---

11. WebSocket 代理

基础配置

location /chat/ {
    proxy_pass http://backend;
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
    proxy_set_header Connection "upgrade";
}

动态处理

http {
    map $http_upgrade $connection_upgrade {
        default upgrade;
        ''      close;
    }

    server {
        location /chat/ {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_http_version 1.1;
            proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
            proxy_set_header Connection $connection_upgrade;
            proxy_read_timeout 3600s;  # 增加超时时间
        }
    }
}

---

12. FastCGI 代理

基础配置

location ~ \.php$ {
    fastcgi_pass  localhost:9000;
    fastcgi_index index.php;
    fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
    include fastcgi_params;
}

常用 FastCGI 指令

指令	说明
fastcgi_pass	FastCGI 服务器地址
fastcgi_index	URI 以斜杠结尾时追加的文件名
fastcgi_param	传递参数给 FastCGI 服务器
fastcgi_split_path_info	分离 SCRIPT_NAME 和 PATH_INFO
fastcgi_connect_timeout	连接超时
fastcgi_read_timeout	读取超时
fastcgi_buffer_size	响应头缓冲区大小
fastcgi_buffers	响应体缓冲区

---

13. 内置变量

变量	说明
$proxy_host	proxy_pass 中的服务器名称和端口
$proxy_port	proxy_pass 中的端口
$proxy_add_x_forwarded_for	X-Forwarded-For 头 + 客户端 IP

---

14. 综合配置示例

http {
    upstream backend {
        zone backend 64k;
        least_conn;

        server backend1.example.com weight=5 max_fails=3 fail_timeout=30s;
        server backend2.example.com resolve;
        server backup.example.com backup;

        keepalive 32;
    }

    proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=main:10m inactive=60m max_size=1g;

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
            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;

            proxy_connect_timeout 5s;
            proxy_read_timeout 30s;

            proxy_cache main;
            proxy_cache_key "$host$request_uri";
            proxy_cache_valid 200 10m;

            proxy_next_upstream error timeout http_502 http_503;
        }

        location /api/ {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_buffering off;
        }

        location /ws/ {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_http_version 1.1;
            proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
            proxy_set_header Connection $connection_upgrade;
            proxy_read_timeout 3600s;
        }
    }
}