作者 | 黄超

杏仁运维工程师，关注容器技术和自动化运维。

OpenResty 简介

OpenResty® 是一个基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台。我们知道开发 Nginx 的模块需要用 C 语言，同时还要熟悉它的源码，成本和门槛比较高。国人章亦春把 LuaJIT VM 嵌入到了 Nginx 中，使得可以直接通过 Lua 脚本在 Nginx 上进行编程，同时还提供了大量的类库（如：lua-resty-mysql lua-resty-redis 等），直接把一个 Nginx 这个 Web Server 扩展成了一个 Web 框架，借助于 Nginx 的高性能，能够快速地构造出一个足以胜任 10K 乃至 1000K 以上单机并发连接的高性能 Web 应用系统。

Nginx 采用的是 master-worker 模型，一个 master 进程管理多个 worker 进程，worker 真正负责对客户端的请求处理，master 仅负责一些全局初始化，以及对 worker 进行管理。在 OpenResty 中，每个 worker 中有一个 Lua VM，当一个请求被分配到 worker 时，worker 中的 Lua VM 里创建一个 coroutine(协程) 来负责处理。协程之间的数据隔离，每个协程具有独立的全局变量 _G。

OpenResty 处理请求流程

由于 Nginx 把一个请求分成了很多阶段，第三方模块就可以根据自己的行为，挂载到不同阶段处理达到目的。OpenResty 也应用了同样的特性。不同的阶段，有不同的处理行为，这是 OpenResty 的一大特色。OpenResty 处理一个请求的流程参考下图（从 Request start 开始）：

指令	使用范围	解释
`int_by_luainit_worker_by_lua`	http	初始化全局配置/预加载Lua模块
`set_by_lua*`	server,server if,location,location if	设置nginx变量，此处是阻塞的，Lua代码要做到非常快
`rewrite_by_lua*`	http,server,location,location if	rewrite阶段处理，可以实现复杂的转发/重定向逻辑
`access_by_lua*`	http,server,location,location if	请求访问阶段处理，用于访问控制
`content_by_lua*`	location, location if	内容处理器，接收请求处理并输出响应
`header_filter_by_lua*`	http，server，location，location if	设置 heade 和 cookie
`body_filter_by_lua*`	http，server，location，location if	对响应数据进行过滤，比如截断、替换
`log_by_lua`	http，server，location，location if	log阶段处理，比如记录访问量/统计平均响应时间

更多详情请参考官方文档

配置 OpenResty

OpenResty 的 Lua 代码是提现在 nginx.conf 的配置文件之中的，可以与配置文件写在一起，也可以把 Lua 脚本放在一个文件中进行加载：

内联在 nginx.conf 中：

server {
    ...
    location /lua_content {
         # MIME type determined by default_type:
         default_type 'text/plain';

         content_by_lua_block {
             ngx.say('Hello,world!')
         }
    }
    ....
}

通过加载 lua 脚本的方式：

server {
    ...
    location = /mixed {
         rewrite_by_lua_file /path/to/rewrite.lua;
         access_by_lua_file /path/to/access.lua;
         content_by_lua_file /path/to/content.lua;
     }
    ....
}

OpenResty 变量的共享范围

全局变量

在 OpenResty 中，只有在 init_by_lua* 和 init_worker_by_lua* 阶段才能定义真正的全局变量。因为在其他阶段，OpenResty 会设置一个隔离的全局变量表，以免在处理过程中污染了其他请求。即使在上述两个阶段可以定义全局变量，也尽量避免这么做。全局变量能解决的问题，用模块变量也能解决，而且会更清晰，干净。

模块变量

这里将定义在 Lua 模块中的变量称为模块变量。Lua VM 会将 require 进来的模块换成到 package.loaded table 里，模块里的变量都会被缓存起来，在同一个 Lua VM下，模块中的变量在每个请求中是共享的，这样就可以避免使用全局变量来实现共享了，看下面一个例子：

nginx.conf

worker_processes  1;

...
location {
    ...
    lua_code_cache on;
    default_type "text/html";
    content_by_lua_file 'lua/test_module_1.lua'
}

lua/test_module_1.lua

local module1 = require("module1")

module1.hello()

lua/module1.lua

local count = 0
local function hello() 
    count = count + 1
    ngx.say("count: ", count)
end

local _M  = {
    hello = hello
}   

return _M

当通过浏览器访问时，可以看到 count 输出是一个递增的，这也说明了在lua/module1.lua 的模块变量在每个请求中时共享的：

count: 1
count: 2
.....

另外，如果 worker_processes 的数量大于 1 时呢，得到的结果可能就不一样了。因为每个 worker 中都有一个 Lua VM 了，模块变量仅在同一个 VM 下，所有的请求共享。如果要在多个 Worker 进程间共享请考虑使用 ngx.shared.DICT 或如 Redis 存储了。

本地变量

跟全局变量，模块变量相对，我们这里姑且把 *_by_lua* 里定义的变量称为本地变量。本地变量仅在当前阶段有效，如果需要跨阶段使用，需要借助 ngx.ctx 或者附加到模块变量里。

这里我们使用了 ngx.ctx 表在三个不同的阶段来传递使用变量 foo：

location /test {
     rewrite_by_lua_block {
         ngx.ctx.foo = 76
     }
     access_by_lua_block {
         ngx.ctx.foo = ngx.ctx.foo + 3
     }
     content_by_lua_block {
         ngx.say(ngx.ctx.foo)
     }
 }

额外注意，每个请求，包括子请求，都有一份自己的 ngx.ctx 表。例如：

 location /sub {
     content_by_lua_block {
         ngx.say("sub pre: ", ngx.ctx.blah)
         ngx.ctx.blah = 32
         ngx.say("sub post: ", ngx.ctx.blah)
     }
 }

 location /main {
     content_by_lua_block {
         ngx.ctx.blah = 73
         ngx.say("main pre: ", ngx.ctx.blah)
         local res = ngx.location.capture("/sub")
         ngx.print(res.body)
         ngx.say("main post: ", ngx.ctx.blah)
     }
 }

访问 GET /main 输出:

main pre: 73
sub pre: nil  # 子请求中并没有获取到父请求的变量 $pre
sub post: 32
main post: 73

性能开关 lua_code_cache

开启或关闭在 *_by_lua_file（如：set_by_lua_file,content_by_lua_file）指令中以及 Lua 模块中 Lua 代码的缓存。

若关闭，ngx_lua 会为每个请求创建一个独立的 Lua VM，所有 *_by_lua_file指令中的代码将不会被缓存到内存中，并且所有的 Lua 模块每次都会从头重新加载。在开发模式下，这给我们带来了不需要 reload nginx 就能调试的便利性，但是在生成环境下，强烈建议开启。 若关闭，即使是一个简单的 Hello World 都会慢上一个数量级（每次 IO 读取和编译消耗很大）。

但是，那些直接写在 nginx.conf 配置文件中的 *_by_lua_block 指令下的代码不会在你编辑下实时更新，只有发送 HUP 信号给 Nginx 才能能够重新。

小案例

通过 OpenResty + Redis 实现动态路由

Nginx 经常用来作为反向代理服务器。通常情况下，我们将后端的服务配置在 Nginx 的 upstream 中，当后端服务有变更时就去修改 upstream 中的配置再通过reload 的方式使其生效。这个操作如果在后端服务经常发生变更的情况下，操作起来就会显得有些繁琐了。现在利用 Lua + Redis 的方式将 upstream 中的配置放在 Redis 中，以实现动态配置的效果。

架构图

原理：

在求请求访问阶段处理（access_by_lua*）通过指定的规则（这个规则根据自己的需求去设计）从 Redis 中去获取相对应的后端服务地址去替换 Nginx 配置中的proxy_pass 的地址。

流程：

在 Nginx 配置中创建后端服务地址的变量 $backend_server。

    server {listen 80;
        server_name app1.example.com;
        
        location / {
            ...
            set $backend_server '';
        }
    }

同时在 Redis 中存入后端服务的地址。

set app1 10.10.10.10:8080

使用 ngx_redis2 模块来实现一个读取 Redis 的接口。

    # GET /get?key=some_keylocation = /get {
        internal;                        # 保护这个接口只运行内部调用
        set_unescape_uri $key $arg_key;  # this requires ngx_set_misc
        redis2_query get $key;
        redis2_pass foo.com:6379;        # redis_server and port
    }

2. 在求请求访问阶段处理利用 ngx.location.capture 模块请求去上个阶段定义的 Redis 接口，并将结果替换 $backend_server。

    location / {
        ...
        access_by_lua_block {
            local rds_key = "app1"
            # 从 redis 中获取 key 为 app1 对应的 server_ip
            local res = ngx.location.capture('/get', { args = {key = rds_key}})
            # 解析 redis 结果
            local parser = require("redis.parser")
            local server, typ = parser.parse_reply(res.body)
            if typ ~= parser.BULK_REPLY or not server then
                ngx.log(ngx.ERR, "bad redis response: ", res.body)
                ngx.exit(500)
            end

            ngx.var.backend_server = server
        }
    }

3.Nginx 转发阶段将请求转发至后端服务。

    location / {
        ...
        access_by_lua_block {...};
        proxy_pass http://$backend_server;
    }

最后，推荐两个基于 OpenResty 的比较实用的两个开源项目：

基于动态策略的灰度发布系统 ABTestingGateway
基于ngx_lua的web应用防火墙 ngx_lua_waf

参考

OpenResty Best Practices( https://legacy.gitbook.com/book/moonbingbing/openresty-best-practices/details )
lua-nginx-module( https://www.nginx.com/resources/wiki/modules/lua/ )
Nginx Lua Directives( https://github.com/openresty/lua-nginx-module#directives )
Nginx API for Lua( https://github.com/openresty/lua-nginx-module#nginx-api-for-lua )
Lua 简明教程( https://coolshell.cn/articles/10739.html )

全文完