Nginx缓存机制是什么

Nginx缓存机制概览 Nginx 的缓存机制分为服务端缓存与客户端缓存两层：服务端通过模块如 proxy_cache、fastcgi_cache、uwsgi_cache、scgi_cache 将上游响应按键存入磁盘，并在后续命中时直接返回，显著降低后端负载与首字节时间（TTFB）；客户端缓存则通过 Cache-Control、Expires、ETag、Last-Modified 等 HTTP 头由浏览器执行强缓存或协商缓存。服务端缓存的命中与否可通过变量 $upstream_cache_status 观测，常见取值包括 HIT、MISS、BYPASS、EXPIRED、STALE、UPDATING、REVALIDATED。

核心工作流程

接收请求并计算缓存键：默认键为 $scheme$proxy_host$request_uri（可用 proxy_cache_key 自定义，如加入 Cookie 或请求参数）。
查找命中：先在共享内存 keys_zone 中快速判断是否存在有效条目，命中则直接响应；未命中则向上游发起请求。
存储与过期：响应按配置的 proxy_cache_valid 或源站 Cache-Control/Expires/X-Accel-Expires 设置有效期；磁盘采用分层目录（如 levels=1:2）存放，便于海量文件管理。
淘汰与加载：当缓存总量超过 max_size，cache manager 按 LRU 策略清理；Nginx 启动时 cache loader 将既有元数据迭代加载进内存，避免一次性冲击。
容错与并发：可配置在错误/超时等场景返回陈旧内容（stale）；对并发 MISS 可启用锁（proxy_cache_lock）避免对上游的重复回源。

关键指令与典型配置

定义缓存区与路径

http {
  proxy_cache_path /var/cache/nginx
                  levels=1:2
                  keys_zone=my_cache:10m
                  max_size=10g
                  inactive=60m
                  use_temp_path=off;

  server {
    location / {
      proxy_cache my_cache;
      proxy_pass http://backend;

      proxy_cache_key "$host$request_uri$is_args$args";
      proxy_cache_valid 200 302 10m;
      proxy_cache_valid 404      1m;
      proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;
      proxy_cache_revalidate on;
      proxy_cache_min_uses 3;
      proxy_cache_lock on;

      add_header X-Proxy-Cache $upstream_cache_status;
    }
  }
}

要点说明：

keys_zone 仅缓存键与元数据，1MB 约可存 8000 个键；max_size 限制缓存数据总量；inactive 控制“未被访问”的保留时间（与过期不同）；use_temp_path=off 减少一次文件拷贝。
proxy_cache_use_stale 提升容错；proxy_cache_revalidate 使用 If-Modified-Since 节约带宽；proxy_cache_min_uses 过滤低频内容；proxy_cache_lock 抑制惊群回源。
通过 add_header X-Proxy-Cache $upstream_cache_status 输出命中状态，便于观测与调优。

缓存控制与绕过

默认行为：仅缓存 GET/HEAD；若响应含 Set-Cookie、Cache-Control: private/no-cache/no-store 等，Nginx 默认不缓存。
覆盖与定制：
- 忽略源站缓存头：使用 proxy_ignore_headers Cache-Control; proxy_ignore_headers Set-Cookie; 并配合 proxy_cache_valid 强制设定有效期。
- 缓存更多方法：如 proxy_cache_methods GET HEAD POST;。
- 条件绕过/不缓存：
  - proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache;（满足任一条件则绕过缓存，直接回源）
  - proxy_no_cache $http_pragma $http_authorization;（满足任一条件则不写入缓存）
人工清理：标准模块不支持按 URL 精确清除，可集成第三方 ngx_cache_purge 模块，通过 PURGE 方法删除匹配缓存。

监控与最佳实践

观测指标：使用 $upstream_cache_status 输出 HIT/MISS/EXPIRED/STALE/UPDATING/REVALIDATED/BYPASS，结合日志与监控定位命中率与回源压力。
调参要点：
- keys_zone 过小会影响命中判定效率，过大浪费内存；levels=1:2 是通用实践。
- max_size 与 inactive 共同决定容量与留存；结合业务更新频率设置 proxy_cache_valid。
- 对突发并发 MISS 使用 proxy_cache_lock；对可复用内容开启 proxy_cache_revalidate 节省带宽。
- 静态资源可设置较长 Cache-Control: public, max-age；动态接口建议缩短或配合 ETag/Last-Modified 做协商缓存。

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