2.2.1-3. 通过 Lua 扩展 Nginx

1. ngx_lua 模块

• Nginx 模块需要用 C 开发，而且必须符合一系列复杂的规则，最重要的用 C 开发模块必须要熟悉 Nginx 的源代码，使得开发者对其望而生畏。
• ngx_lua 模块通过将 lua 解释器集成进 Nginx，可以采用 lua 脚本实现业务逻辑。
• 该模块具有以下特性：
  • 高并发、非阻塞地处理各种请求。
  • Lua 内建协程，这样就可以很好地将异步回调转换成顺序调用的形式。
  • 每个协程都有一个独立的全局环境（变量空间），继承于全局共享的、只读的“comman data”。
• 得益于 Lua 协程的支持，ngx_lua 在处理 10000 个并发请求时只需要很少的内存。根据测试，ngx_lua 处理每个请求只需要 2KB 的内存，如果使用 LuaJIT 则会更少。
• ngx_lua 非常适合用于实现可扩展的、高并发的服务。

2. 协程（Coroutine）

1. 协程类似一种多线程，与多线程的区别

• 协程并非 os 线程，所以创建、切换开销比线程相对较小。
• 协程与线程一样有自己的栈、局部变量等，但是协程的栈是在用户进程空间模拟的，所以创建、开销很小。
• 多线程程序是多个线程并发执行，也就是说在一瞬间有多个控制流在执行。而协程强调的是一种多个协程间协作的关系，只有当一个协程主动放弃执行权，另一个协程才能取得执行权，所以在某一瞬间，多个协程间只有一个在运行。
• 由于多个协程是只有一个在运行，所以对于临界区的访问不需要加锁，而多线程的情况则必须加锁。
• 多线程程序由于有多个控制流，所以程序的行为不可控，而多个协程的执行是由开发者定义的所以是可控的。

  Nginx 的每个 Worker 进程都是在 epoll 或 kqueue 这样的事件模型之上，封装成协程，每个请求都有一个协程进行处理。这正好与 Lua 内建协程的模型是一致的，所以即使 ngx_lua 需要执行 lua，相对 C 有一定的开销，但依然能保证高并发能力。

3. Nginx 进程模型

• Nginx 采用多进程模型，单Master-多Worker，Master 进程主要用来管理 Worker 进程。
• Worker 进程采用单线程、非阻塞地事件模型（Event Loop，事件循环）来实现端口的监听及客户端请求的处理和响应，同时 Worker 还要处理来自 Master 的信号。Worker 进程个数一般设置为机器 CPU 核数。

1. Master 进程具体包括如下 4 个主要功能

• 接受来自外界的信号。
• 向各 Worker 进程发送信号。
• 监控 Worker 进程的运行状态。
• 当 Worker 进程退出后（异常情况下），会自动重新启动新的 Worker 进程。

2. 进程模型

4. HTTP 请求处理

5. ngx_lua 指令

• ngxlua 属于 nginx 的一部分，它的执行指令都包含在 nginx 的 11 个步骤之中了，相应的处理阶段可以做插入式处理，即可插拔式架构，不过 ngx_lua 并不是所有阶段都会运行的；另外指令可以在 http、server、server if、location、location if 几个范围进行配置。 | 指令 | 所处处理阶段 | 使用范围 | 解释 | | —- | —- | —- | —- | | init_by_lua
  init_by_lua_file | loading-config | http | nginx Master 进程加载配置时执行；
  通常用于初始化全局配置/预加载 Lua 模块 | | init_worker_by_lua
  init_worker_by_lua_file | starting-worker | http | 每个 Nginx Worker 进程启动时调用的计时器，如果 Master 进程不允许
  则只会在 init_by\lua 之后调用；通常用于定时拉取配置/数据，
  或者后端服务的健康检查。 | | set_by_lua
  set_by_lua_file | rewrite | server,server if,location,location if | 设置 nginx 变量，可以实现复杂的赋值逻辑；此处是阻塞的，Lua 代码要做到非常快 | | write_by_lua
  rewrite_by_lua_file | rewrite tail | 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
  access_by_lua_file | access tail | http,server,location,location if | 请求访问阶段处理，用于访问控制 | | content_by_lua
  content_by_lua_file | content | location,location if | 内容处理器，接受请求处理并输出响应 | | header_filter_by_lua
  header_filter_by_lua_file | output-header-first | http,server,location,location if | 设置 header 和 cookie | | body_filter_by_lua
  body_filter_by_lua_file | output-body-filter | http,server,location,location if | 对响应数据进行过滤，比如截断、替换 | | log_by_lua
  log_by_lua_file | log | 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 |

6. OpenResty

1. 概念

• OpenResty 是一个基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台，其内部集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态 Web 应用、Web 服务和动态网关。

2. 工作原理

• OpenResty 通过汇聚各种设计精良的 Nginx 模块（主要由 OpenResty 团队自主开发），从而将 Nginx 有效地变成一个强大的通用 Web 应用平台。这样，Web 开发人员和系统工程师可以使用 Lua 脚本语言调用 Nginx 支持的各种 C 以及 Lua 模块，快速构造出足以胜任 10k 乃至 1000k 以上单机并发连接的高性能 Web 应用系统。

3. 目标

• OpenResty 的目标是让你的 Web 服务直接跑在 Nginx 服务内部，充分利用 Nginx 的非阻塞 I/O 模型，不仅仅对 HTTP 客户端请求，甚至于对远程后端诸如 MySQL、PostgreSQL、Memcached 以及 Redis 等都进行一致的高性能响应。

7. ngx_lua 实例

• content_by_lua：内容处理器，接收请求处理并输出响应。
• 该指令工作在 Nginx 处理流程的 content 阶段，即内容产生阶段，是所有请求处理阶段中最为重要的阶段，因为这个阶段的指令通常是用来生成 HTTP 响应内容的。
• 测试

  输出：
  $ curl http://127.0.0.1/
  $ Hello,world

1. 简单示例

user www-data;
worker_processes auto;
pid /run/nginx.pid;

error_log logs/error.log;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    server {
        listen 8080;
        location / {
            default_type text/html;
            content_by_lua '
                ngx.say("<p>Hello, world!</p>")
            ';
        }
    }

}

user www-data;
worker_processes auto;
pid /run/nginx.pid;

error_log logs/error.log;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    server {
        listen 8080;
        location / {
            default_type text/html;
            content_by_lua_block {
                ngx.say('Hello, world!')
            }
        }
    }

}

启动
/usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -p `pwd` -c conf/nginx_openresty_01.conf

测试
curl -i http://127.0.0.1/

2. 休眠示例

user www-data;
worker_processes auto;
pid /run/nginx.pid;

error_log logs/error.log;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    server {
        listen 8080;
        location /lua_1 {
            default_type text/html;
            content_by_lua_block {
                ngx.say('Hello, world! @ Time 1!')
                ngx.sleep(3)
                ngx.say('Hello, world! @ Time 2!')
            }
        }
    }

}

启动
/usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -p `pwd` -c conf/nginx_openresty_02.conf

测试
curl -i http://127.0.0.1/lua_1
curl -i http://127.0.0.1/lua_1

3. 带参数示例

user www-data;
worker_processes auto;
pid /run/nginx.pid;

error_log logs/error.log;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    server {
        listen 8080;
        location /lua_1 {
            default_type text/html;
            content_by_lua_block {
                ngx.say(ngx.var.arg_a)
            }
        }
    }

}

启动
/usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -p `pwd` -c conf/nginx_openresty_03.conf

测试
curl -i http://127.0.0.1?a=nginx_lua

8. OpenResty 连接 redis

配置文件

user www-data;
worker_processes auto;
pid /run/nginx.pid;

error_log logs/error.log;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    server {
        listen 8080;
        location ~/redis_lua/(\d+)$ {
            default_type text/html;
            charset utf-8;
            lua_code_cache on;
            content_by_lua_file '/home/zp/openresty/lua/redis.lua';
        }
    }

}

lua 脚本

local json = require("cjson")
local redis = require("resty.redis")
local red = redis:new()
red:set_timeout(1000)
local ip = "127.0.0.1"
local port = 6379
local ok, err = red:connect(ip, port)
if not ok then
    ngx.say('connect to redis error: ', err)
    return ngx.exit(500)
end

local id = ngx.var[1]
local value = "calue-"..id

red:set(id, value)

local resp, err = red:get(id)

if not resp then
    ngx.say('get from redis error: ', err)
    return ngx.exit(500)
end

red:close()

ngx.say(json.encode({content=resp}))

测试

启动
/usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -p `pwd` -c conf/nginx_openresty_04.conf

测试
curl -i http://127.0.0.1/redis_lua/1
curl -i http://127.0.0.1/redis_lua/2
curl -i http://127.0.0.1/redis_lua/3