Nginx 性能优化

从通用优化、操作系统层、Nginx 配置层、架构层等多个维度，为你详细梳理的方式。

一、操作系统与硬件层优化

这是优化的基础，为 Nginx 提供一个高性能的运行环境。

增加文件描述符限制 Nginx 每个连接（尤其是静态文件）都会消耗一个文件描述符。如果并发高，默认限制很容易成为瓶颈。

# 临时生效
ulimit -n 65536

# 永久生效，修改 /etc/security/limits.conf
* soft nofile 65536
* hard nofile 65536

# 同时，确保 nginx.conf 中使用了足够的 worker_rlimit_nofile
worker_rlimit_nofile 65536;

优化网络栈
- 调整 net.core.somaxconn：定义等待 Nginx 接受的最大连接队列长度。如果遇到 accept() 队列溢出的错误，需要增加这个值。
```
sysctl -w net.core.somaxconn=65535
```
  并在 Nginx 的 listen 指令中显式指定 backlog 参数：
```
listen 80 backlog=65535;
```
- 启用 TCP Fast Open：减少 TCP 三次握手的延迟。
```
sysctl -w net.ipv4.tcp_fastopen=3
```
- 增大临时端口范围：当 Nginx 作为反向代理时，它需要大量本地端口来连接上游服务器。
```
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535"
```
- 减少 TCP TIME_WAIT 状态：对于高并发短连接场景，大量连接处于 TIME_WAIT 状态会耗尽端口资源。
```
# 启用 TIME_WAIT 复用
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
# 快速回收 TIME_WAIT 连接
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=0 # 注意：在 NAT 环境下建议为 0，否则可能有问题
# 增大 FIN_WAIT_2 状态的超时时间
sysctl -w net.ipv4.tcp_fin_timeout=30
```
使用高性能磁盘 对于静态资源服务，使用 SSD 硬盘可以极大提升 IO 性能。

二、Nginx 配置优化

这是优化的核心，直接决定 Nginx 的行为。

工作进程与连接数
- worker_processes auto；：设置为 auto，让 Nginx 自动根据 CPU 核心数设置工作进程数，通常等于 CPU 核心数。
- worker_connections：每个工作进程可以处理的最大连接数。它与 worker_rlimit_nofile 共同决定了 Nginx 的总并发能力。
```
events {
    worker_connections 10240; # 例如，设置为 10240
    use epoll; # 在 Linux 上使用高性能的 epoll 事件模型
}
```
高效静态资源服务
- 启用 sendfile：绕过用户空间，直接在内核中完成文件数据传输，非常高效。
```
sendfile on;
```
- 启用 tcp_nopush：与 sendfile on 一起使用，确保数据包被填满后再发送，提高网络效率。
```
tcp_nopush on;
```
- 启用 tcp_nodelay：针对 keepalive 连接，强制立即发送数据，减少延迟。通常与 tcp_nopush 一起使用。
```
tcp_nodelay on;
```

连接与请求超时 合理的超时设置可以释放闲置资源，避免连接被长期占用。

# 客户端连接保持超时时间
keepalive_timeout 30s;
# 与上游服务器的保持连接超时时间
proxy_connect_timeout 5s;
proxy_send_timeout 60s;
proxy_read_timeout 60s;
# 客户端请求头读取超时
client_header_timeout 15s;
# 客户端请求体读取超时
client_body_timeout 15s;

缓冲与缓存

缓冲区优化：为客户端请求头和请求体设置合适的缓冲区大小，避免 Nginx 写入临时文件，降低 IO。
```
client_header_buffer_size 1k;
large_client_header_buffers 4 4k;
client_body_buffer_size 128k;
```
代理缓冲区：当 Nginx 作为反向代理时，控制从上游服务器接收数据的缓冲区。
```
proxy_buffering on;
proxy_buffer_size 4k;
proxy_buffers 8 4k;
```

启用缓存：

静态资源缓存：使用 expires 或 add_header 指令为静态资源设置长时间的浏览器缓存。

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 1y;
    add_header Cache-Control "public, immutable";
}

反向代理缓存：使用 proxy_cache 模块缓存上游服务器的动态内容，极大减轻后端压力。

proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m;
location / {
    proxy_cache my_cache;
    proxy_cache_valid 200 302 10m;
    proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;
}

日志优化
- 禁用访问日志：对于极高并发且不关心访问日志的场景，可以关闭 access_log。
- 缓冲写入日志：使用 buffer 参数让 Nginx 先将日志写入内存缓冲区，满后再刷入磁盘。
```
access_log /var/log/nginx/access.log main buffer=64k flush=1m;
```
- 记录关键信息：精简日志格式，只记录必要字段。

Gzip 压缩 对文本类型的响应进行压缩，减少网络传输量。

gzip on;
gzip_vary on;
gzip_min_length 1024; # 小于此值不压缩
gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;

上游连接保持 当代理到后端服务时，使用 keepalive 保持一定数量的空闲连接，避免频繁建立和断开 TCP 连接的开销。

upstream backend_servers {
    server 10.0.1.100:8080;
    keepalive 32; # 保持的空闲连接数
}

location / {
    proxy_pass http://backend_servers;
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Connection "";
}

三、架构与部署优化

负载均衡 使用 Nginx 的 upstream 模块将流量分发到多个后端服务器，实现水平扩展和高可用。

upstream app_cluster {
    least_conn; # 使用最少连接算法
    server 10.0.1.101:8080;
    server 10.0.1.102:8080;
    server 10.0.1.103:8080;
}

动静分离 将静态资源（图片、CSS、JS）的请求与动态请求分开。可以让 Nginx 直接处理静态资源，而动态请求则代理给后端应用服务器（如 Tomcat, Node.js 等）。
启用 HTTP/2 HTTP/2 提供了多路复用、头部压缩等特性，能显著提升页面加载速度。
```
listen 443 ssl http2;
```
使用第三方模块 根据需求编译第三方模块，如：
- OpenResty：基于 Nginx 和 LuaJIT，提供了强大的可编程能力。
- ngx_brotli：使用 Brotli 压缩算法，通常比 Gzip 压缩率更高。

四、监控与调试

优化不是一次性的，需要持续监控。

启用状态模块 使用 stub_status_module 来查看 Nginx 的基本状态信息。
```
location /nginx_status {
    stub_status;
    allow 127.0.0.1; # 只允许本机访问
    deny all;
}
```
访问后可以看到活跃连接数、请求总数等信息。
分析日志 使用工具如 goaccess、awstats 分析访问日志，了解流量模式和瓶颈。
性能剖析 在极端情况下，可以使用 debug 日志或系统工具（如 perf， strace）进行深度性能剖析。

总结与建议

循序渐进：不要一次性修改所有参数。一次只修改一两项，然后进行压测（如使用 wrk, ab, jmeter），观察效果。
监控先行：在优化前、中、后都要有可靠的监控数据作为依据。
理解业务：优化的策略很大程度上取决于业务类型。是高并发连接？是大文件下载？还是大量的短动态请求？
内核参数谨慎调整：生产环境调整内核参数前，务必在测试环境充分验证。

通过以上这些方式的组合运用，你可以显著提升 Nginx 的性能和稳定性，使其能够轻松应对百万级别的并发连接。