Nginx 如何实现缓存？如何配置缓存策略？

Nginx 提供了强大的缓存功能，可以缓存后端服务器的响应，减轻后端负载，提高响应速度。Nginx 支持代理缓存和 FastCGI 缓存等多种缓存方式。

代理缓存配置：

nginx
http {
    # 定义缓存路径和参数
    proxy_cache_path /var/cache/nginx/proxy levels=1:2 keys_zone=proxy_cache:10m max_size=1g inactive=60m use_temp_path=off;

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            proxy_cache proxy_cache;
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            proxy_cache_valid 404 1m;
            proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
            proxy_cache_bypass $http_cache_control;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;

            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        }
    }
}

缓存参数说明：

proxy_cache_path：定义缓存存储路径和参数
- levels：缓存目录层级结构
- keys_zone：共享内存区域名称和大小
- max_size：缓存最大大小
- inactive：缓存项不活动时间
- use_temp_path：是否使用临时路径
proxy_cache：指定使用的缓存区域
proxy_cache_valid：设置不同状态码的缓存时间
- 200 302 10m：200 和 302 状态码缓存 10 分钟
- 404 1m：404 状态码缓存 1 分钟
proxy_cache_key：定义缓存键
proxy_cache_bypass：绕过缓存的条件

FastCGI 缓存配置：

nginx
http {
    fastcgi_cache_path /var/cache/nginx/fastcgi levels=1:2 keys_zone=fastcgi_cache:10m max_size=1g inactive=60m;

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location ~ \.php$ {
            fastcgi_cache fastcgi_cache;
            fastcgi_cache_valid 200 60m;
            fastcgi_cache_methods GET HEAD;
            fastcgi_cache_bypass $skip_cache;
            fastcgi_no_cache $skip_cache;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;

            fastcgi_pass unix:/var/run/php/php8.0-fpm.sock;
            fastcgi_index index.php;
            include fastcgi_params;
        }
    }
}

缓存清除：

Nginx 开源版本不支持主动缓存清除，可以通过以下方式实现：

设置缓存过期时间：通过 proxy_cache_valid 控制
使用第三方模块：如 ngx_cache_purge
手动删除缓存文件：根据缓存键删除对应文件

缓存策略配置：

nginx
# 根据请求方法缓存
proxy_cache_methods GET HEAD;

# 根据响应头缓存
proxy_ignore_headers X-Accel-Expires Expires Cache-Control Set-Cookie;

# 缓存最小请求次数
proxy_cache_min_uses 2;

# 缓存锁定，防止缓存风暴
proxy_cache_lock on;
proxy_cache_lock_timeout 5s;

# 缓存背景更新
proxy_cache_background_update on;
proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502 http_503 http_504;

动态缓存控制：

nginx
# 根据条件决定是否缓存
map $request_uri $skip_cache {
    default 0;
    ~*/admin/ 1;
    ~*/api/ 1;
}

# 根据响应头决定是否缓存
map $upstream_http_cache_control $skip_cache {
    ~*no-cache 1;
    ~*private 1;
    default 0;
}

静态文件缓存：

nginx
location ~* \.(css|js|jpg|jpeg|png|gif|ico|svg|woff|woff2|ttf|eot)$ {
    expires 1y;
    add_header Cache-Control "public, immutable";
    access_log off;
}

缓存状态监控：

nginx
add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;

# 缓存状态值：
# MISS - 未命中缓存
# BYPASS - 绕过缓存
# EXPIRED - 缓存过期
# STALE - 使用过期缓存
# UPDATING - 缓存更新中
# HIT - 命中缓存

缓存优化建议：

合理设置缓存时间，平衡新鲜度和性能
使用缓存键包含必要参数，避免缓存冲突
对动态内容禁用缓存
定期清理过期缓存
监控缓存命中率，调整缓存策略
使用缓存锁定防止缓存风暴
对静态资源使用浏览器缓存

完整配置示例：

nginx
http {
    # 代理缓存
    proxy_cache_path /var/cache/nginx/proxy levels=1:2 keys_zone=proxy_cache:100m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

    # FastCGI 缓存
    fastcgi_cache_path /var/cache/nginx/fastcgi levels=1:2 keys_zone=fastcgi_cache:100m max_size=10g inactive=60m;

    # 缓存跳过条件
    map $request_uri $skip_cache {
        default 0;
        ~*/admin/ 1;
        ~*/api/ 1;
        ~*/user/ 1;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        # 静态文件
        location ~* \.(css|js|jpg|jpeg|png|gif|ico|svg|woff|woff2)$ {
            expires 1y;
            add_header Cache-Control "public, immutable";
        }

        # 动态内容代理
        location / {
            proxy_cache proxy_cache;
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            proxy_cache_valid 404 1m;
            proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
            proxy_cache_bypass $skip_cache;
            proxy_no_cache $skip_cache;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;

            proxy_pass http://backend;
        }

        # PHP 文件
        location ~ \.php$ {
            fastcgi_cache fastcgi_cache;
            fastcgi_cache_valid 200 60m;
            fastcgi_cache_bypass $skip_cache;
            fastcgi_no_cache $skip_cache;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;

            fastcgi_pass unix:/var/run/php/php8.0-fpm.sock;
        }
    }
}