Hello大家好，我是HQ, 今天我们要聊的是 Nginx。你可能已经听说过这个名字，作为高性能、轻量级的 Web 服务器。但是你知道吗，Nginx 不仅仅是一个普通的 Web 服务器，它更像是网站的“流量管理员”，时刻在幕后默默地为你的高并发请求保驾护航。
当网站上突然涌入了大量用户，服务器流量瞬间飙升——这时候，Nginx 就像是一个交通指挥官，不慌不忙地分流处理请求，确保每一个用户都能顺利到达目的地，而不会卡在“堵车”中。
今天，我们就来看一看它是如何在背后工作，保证网站稳定、高效，并且飞快响应的, 好那我们开始吧！
Nginx介绍
说到 Nginx，它绝对是服务器界的“网红”。无论你是初学者还是老司机，搭建 Web 服务器时几乎都会听到这个名字。那么，Nginx 到底是什么？它凭什么这么火？
简单说，Nginx 是一个高性能、轻量级的 Web 服务器和反向代理服务器。它最初由 Igor Sysoev 在 2004 年推出，主要是为了解决高并发的挑战。比起传统的 Apache 服务器，Nginx 擅长处理大量并发连接而不会让服务器喘不过气来。
为什么这么强大呢？Nginx 采用了事件驱动架构，不像传统的服务器那样为每个请求创建一个新线程，而是使用一个可以处理多个请求的事件循环模型。这就好比一个超级多任务的“服务员”，同时处理多个桌子的订单，而不会忙到焦头烂额。
总之，Nginx 不仅是一个 Web 服务器，它更像是一个全能型的“服务员 + 交通指挥官”，不仅效率高，还擅长处理各种复杂的任务。无论你是处理大量用户的访问，还是想要提升网站的稳定性，Nginx 都是你不容错过的利器。
进程池——Nginx 的高效秘诀
上面我们聊了 Nginx 的基本介绍，现在来看看它背后的秘密武器之一：进程池。进程池听起来很技术，但它其实是 Nginx 能高效处理大量请求的关键之一。你可以把它想象成一个“预备队”，时刻待命处理各种请求，而不是每次都临时招人（创建新线程）。
你也许听说过，Nginx 是个“轻量级”的 Web 服务器，那么这个所谓的“轻量级”是什么意思呢？ “轻量级” ，顾名思义，和那些“重量级”服务器相比，Nginx 就像是精简版，运行起来既不占太多资源，又能做到很高的性能。那些“重量级”服务器就像穿着盔甲的武士，虽然战斗力强，但每次动起来，CPU 和内存都得耗上一大堆，性能提升受到资源的限制。而 Nginx 则像是一个灵活的轻骑兵，能在有限的资源配置下，处理更多的请求。
在 Nginx 之前，大多数 Web 服务器采用的是“Per-Process”或者“Per-Thread”的工作模式，也就是为每个请求单独分配一个进程或线程。这种模式虽然有效，但有两个大问题：
- 创建进程或线程的成本很高，每次都需要消耗额外的时间和资源。
- 每个进程或线程的“上下文切换”也会带来额外的开销。CPU 要在不同的进程或线程之间来回切换，时间就被无谓地浪费在这些切换上了。特别是当请求量很大时，CPU 就像是在多个忙碌的“车道”之间不断穿梭，忙得焦头烂额，却没有真正花时间处理实际的业务逻辑。
而 Nginx 的进程池模式 则完全不一样。它使用非阻塞的事件驱动架构，不会为每个请求单独创建一个进程或线程，而是通过少量的 Worker 进程处理大量并发请求。就好比餐厅只有几个灵活的服务员，他们可以同时照顾好几桌客人，不需要为每桌客人都安排一个单独的服务员。
在 Nginx 中，进程分为两种：
- Master 进程：就像餐厅经理，负责总体调度，决定什么时候生成或关闭 Worker 进程。
- Worker 进程：负责真正的工作，它们通过事件驱动模式同时处理多个请求。每个 Worker 进程就像一个多任务的超级服务员，可以在同一时间处理不同的请求，不会耗费太多资源。
如下图所示, 在 Nginx 启动时，它会预先创建好固定数量的 worker 进程，在后续的运行过程中不会再 fork 出新的进程——这就是所谓的进程池。而且，Nginx 还能自动把每个 worker 进程“绑定”到独立的 CPU 核心上，充分发挥多核 CPU 的优势。这种设计彻底消除了进程创建和切换带来的开销，CPU 的计算能力得到了最大限度的利用。
在进程池之上，还有一个专门的“Master 进程”，这个进程就像是 Nginx 的监督者，它负责监控和管理 worker 进程。如果某个 worker 进程发生了异常，Master 进程会立刻将其重启，确保服务不中断，维持整个进程池的稳定运行。
这种设计让 Nginx 即使在高并发场景下，也能保持效率高、资源占用低。与传统的线程模式相比，它省去了大量的上下文切换开销，充分利用了 CPU 的计算能力。
而且，如果某个 Worker 进程发生故障，Master 进程会迅速重启它，确保服务不中断。这使得 Nginx 不仅高效，而且极为稳定。
简而言之，Nginx 的“轻量级”体现在它能用少量的资源处理大量的请求，而这都要归功于它的进程池和事件驱动架构，避免了传统服务器中因线程切换导致的资源浪费。
I/O 多路复用——Nginx 的高效“排队机制”
如果你了解过Java语言，肯定对“多线程”不陌生。多线程的确能有效实现并发处理，但它带来了不小的麻烦，比如上下文切换的成本、复杂的同步机制、数据竞争等问题。写出正确、快速的多线程程序，说实话，远没有想象中简单。
而 Nginx 选择了与多线程不同的路子：单线程模式。这个设计的好处很明显，减少了锁机制的开销，程序简单，系统消耗也更低。但这样一来，就会有个疑问：Nginx 只用一个线程，凭什么能处理大量并发请求，甚至在高并发场景下比多线程服务器还表现优秀呢？
秘诀在于 Nginx 采用了 I/O 多路复用 技术，特别是 epoll 这个强大的工具。想象一下，如果传统多线程模式是为每个请求分配一个服务员，那么 Nginx 的 I/O 多路复用更像是让一个服务员能同时服务多个客人，效率自然成倍提升。
Nginx 的 epoll 工作原理也很简单。它不会让 CPU 等待网络 I/O 操作完成，而是只在请求准备好了数据（比如数据可读、可写）时才处理。没有数据？没关系，Nginx 会继续忙其他的请求，不会让 CPU 浪费时间在等待上。
与其说 Nginx 是在处理每个请求，不如说它是在监听，只要哪个连接准备好了，Nginx 就跳过来处理一波。通过这种方式，Nginx 最大限度利用了 CPU，不会因为等待网络数据而白白浪费资源。
为什么这种方式高效呢？因为 Web 服务器的性能瓶颈并不在 CPU 的计算，而在网络收发。大多数时候，网络 I/O 要等数据到来或者发出去，而在传统服务器中，线程常常会因为等待而闲置，浪费了计算资源。Nginx 使用 epoll 来解决这个问题，让 CPU 在网络收发时依旧有事可做，时刻保持忙碌却不至于“爆掉”。
正因如此，Nginx 在处理网络 I/O 时显得游刃有余。它的单线程架构不但没有拖慢速度，反而通过 epoll 把 CPU 利用得淋漓尽致，避免了传统多线程中的上下文切换成本，降低了服务器的系统负载。
前端的小伙伴, 看到这里是不是想到了nodejs哈？没错，Node.js 也是 事件驱动和异步 I/O的忠实拥趸，它们在架构上有些相似。Node.js 依靠 事件循环 和 libuv 来处理异步操作，避免了为每个请求创建线程的成本。这让它在 I/O 密集型应用中也能表现得非常出色。
不过，两者还是有些区别的：
- Nginx 更专注于 Web 请求处理，作为高性能的反向代理服务器和负载均衡器，它通过 epoll（在 Linux 系统上）进行多路复用，处理大量并发请求。
- Node.js 则是一个 JavaScript 运行环境，应用场景更加广泛，除了处理 HTTP 请求，还可以用来开发各种类型的服务器应用。
多段处理——Nginx 的分步工作法
有了“进程池”和“I/O 多路复用”的强大支持，Nginx 是如何具体处理 HTTP 请求的呢？答案就在它的“多段处理”机制中。Nginx 采用了一种类似于“流水线作业”的模式，把复杂的任务分解为多个阶段，逐步处理，而不是一次性全部完成。
什么是多段处理？
多段处理其实很好理解，我们还是以上面的餐厅为例子, 比如你要和相亲对象吃饭, 为了能有更多的交谈时间, 你选择了吃法餐厅, 两个人点了一份套餐：前菜、主菜、甜点。一般餐厅不会等所有菜都做好才上桌，而是前菜一上来，你们就可以开始吃，主菜和甜点则随后陆续上来。这就是多段处理的思想。
在 Nginx 中，多段处理的概念可以看作是把请求处理过程拆分成了若干个小步骤（阶段），每个步骤独立完成一部分工作。这样，当一个阶段完成后，Nginx 不会停下来等待，而是继续处理下一个任务。
为什么要用多段处理？
使用多段处理的好处很明显：
- 避免阻塞：Nginx 不会因为等待某个步骤完成而“卡住”，它可以继续处理其他的请求，这样大大提高了服务器的吞吐量。
- 优化资源使用：多段处理允许 Nginx 更好地利用 CPU 和内存资源，减少资源的空闲和浪费。
- 更灵活的处理：每个阶段可以专注处理某一类任务（比如读取数据、执行计算、发送响应），这样每个阶段都可以优化得更高效。
多段处理的典型应用场景
在实际使用中，Nginx 的多段处理机制有很多应用场景，以下是几个典型例子：
- 处理静态文件：Nginx 会把请求分为多个阶段处理，比如第一个阶段是解析 URL，接着是读取静态文件，最后发送响应给客户端。这些步骤之间是独立的，互不影响。
- 反向代理：当 Nginx 充当反向代理时，多段处理尤为重要。Nginx 先处理客户端请求，把请求转发给后端服务器，接着等待后端返回数据，再通过下一个阶段把数据发回给客户端。这种分步工作模式避免了等待期间的资源浪费。
- 负载均衡：Nginx 作为负载均衡器时，也会把每个请求的处理拆分成多个阶段。它先选择一个服务器节点，再把请求转发出去，等后端返回结果后，再处理下一阶段的任务。
如何与其他处理机制对比？
相比于传统的“一次性处理完”的方式，Nginx 的多段处理更具灵活性和高效性。在传统的模式下，服务器可能需要等所有任务完成才能给出响应，这样容易浪费宝贵的资源，尤其是在处理复杂请求时。这种方式的处理时间较长，阻塞操作更多。
而 Nginx 的多段处理相当于让服务器可以“见缝插针”地工作，它不会等着某个长时间任务完成，而是尽量避免空等的时间，快速处理其他事务。Node.js 也有类似的异步回调机制，通过事件驱动实现“多段”操作，但它的主要场景是异步任务，而 Nginx 更加专注于 Web 请求和反向代理的高效处理。
总结
- HTTP/2 这次的版本号很简洁，直接跳过了小版本号，没有 2.0，体现了这次更新的重大意义。
- HTTP/2 与 HTTP/1 保持兼容性，保留了大家熟悉的请求方法、URI 等概念，因此升级时无需担心兼容问题。
- 采用了 HPACK 压缩算法，减少了头部字段中的重复内容，提升了带宽利用效率。
- 在 HTTP/2 中，数据不再是简单的 Header + Body 形式，而是被切割成了多个二进制帧，并通过流传输。
- 虚拟流 和 多路复用 的引入，彻底解决了以往的“队头阻塞”问题，大大提高了连接效率。
- HTTP/2 还加强了安全性，至少要求使用 TLS 1.2，并禁用了过时和不安全的加密套件。
