使用ngx_lua构建高并发应用

这篇文章主要着重讨论一下如何通过ngx_lua同后端的memcached、redis进行非阻塞通信。

1. Memcached

        在Nginx中访问Memcached需要模块的支持，这里选用HttpMemcModule，这个模块可以与后端的Memcached进行非阻塞的通信。我们知道官方提供了Memcached，这个模块只支持get操作，而Memc支持大部分Memcached的命令。

        Memc模块采用入口变量作为参数进行传递，所有以$memc_为前缀的变量都是Memc的入口变量。memc_pass指向后端的Memcached Server。

  配置：

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1. #使用HttpMemcModule  
2. location = /memc {  
3.     set $memc_cmd $arg_cmd;  
4.     set $memc_key  $arg_key;  
5.     set $memc_value $arg_val;  
6.     set $memc_exptime $arg_exptime;  
7.           
8.     memc_pass '127.0.0.1:11211';  
9. }  

        输出：

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1. $ curl  'http://localhost/memc?cmd=set&key=foo&val=Hello'  
2. $ STORED  
3. $ curl  'http://localhost/memc?cmd=get&key=foo'  
4. $ Hello  

        这就实现了memcached的访问，下面看一下如何在lua中访问memcached。

  配置：

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1. #在Lua中访问Memcached  
2. location = /memc {  
3.     internal;   #只能内部访问  
4.     set $memc_cmd get;  
5.     set $memc_key  $arg_key;  
6.     memc_pass '127.0.0.1:11211';  
7. }  
8. location = /lua_memc {  
9.     content_by_lua '  
10.         local res = ngx.location.capture("/memc", {  
11.             args = { key = ngx.var.arg_key }  
12.         })  
13.         if res.status == 200 then  
14.             ngx.say(res.body)  
15.         end  
16.     ';  
17. }  

        输出：

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1. $ curl  'http://localhost/lua_memc?key=foo'  
2. $ Hello  

        通过lua访问memcached，主要是通过子请求采用一种类似函数调用的方式实现。首先，定义了一个memc location用于通过后端memcached通信，就相当于memcached storage。由于整个Memc模块时非阻塞的，ngx.location.capture也是非阻塞的，所以整个操作非阻塞。

2. Redis

        访问redis需要HttpRedis2Module的支持，它也可以同redis进行非阻塞通行。不过，redis2的响应是redis的原生响应，所以在lua中使用时，需要解析这个响应。可以采用LuaRedisModule，这个模块可以构建redis的原生请求，并解析redis的原生响应。

        配置：

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1. #在Lua中访问Redis  
2. location = /redis {  
3.     internal;   #只能内部访问  
4.     redis2_query get $arg_key;  
5.     redis2_pass '127.0.0.1:6379';  
6. }   
7. location = /lua_redis { #需要LuaRedisParser  
8.     content_by_lua '  
9.         local parser = require("redis.parser")  
10.         local res = ngx.location.capture("/redis", {  
11.             args = { key = ngx.var.arg_key }  
12.         })  
13.         if res.status == 200 then  
14.             reply = parser.parse_reply(res.body)  
15.             ngx.say(reply)  
16.         end  
17.     ';  
18. }  

        输出：

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1. $ curl  'http://localhost/lua_redis?key=foo'  
2. $ Hello  

        和访问memcached类似，需要提供一个redis storage专门用于查询redis，然后通过子请求去调用redis。

3. Redis Pipeline

        在实际访问redis时，有可能需要同时查询多个key的情况。我们可以采用ngx.location.capture_multi通过发送多个子请求给redis storage，然后在解析响应内容。但是，这会有个限制，Nginx内核规定一次可以发起的子请求的个数不能超过50个，所以在key个数多于50时，这种方案不再适用。

        幸好redis提供pipeline机制，可以在一次连接中执行多个命令，这样可以减少多次执行命令的往返时延。客户端在通过pipeline发送多个命令后，redis顺序接收这些命令并执行，然后按照顺序把命令的结果输出出去。在lua中使用pipeline需要用到redis2模块的redis2_raw_queries进行redis的原生请求查询。

        配置：

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1. #在Lua中访问Redis  
2. location = /redis {  
3.     internal;   #只能内部访问  
4.   
5.     redis2_raw_queries $args $echo_request_body;  
6.     redis2_pass '127.0.0.1:6379';  
7. }   
8.       
9. location = /pipeline {  
10.     content_by_lua 'conf/pipeline.lua';  
11. }   

        pipeline.lua

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1. -- conf/pipeline.lua file  
2. local parser = require(‘redis.parser’)  
3. local reqs = {   
4.     {‘get’, ‘one’}, {‘get’, ‘two’}   
5. }  
6. -- 构造原生的redis查询，get one\r\nget two\r\n  
7. local raw_reqs = {}  
8. for i, req in ipairs(reqs)  do  
9.       table.insert(raw_reqs, parser.build_query(req))  
10. end  
11. local res = ngx.location.capture(‘/redis?’..#reqs, { body = table.concat(raw_reqs, ‘’) })  
12.       
13. if res.status and res.body then  
14.        -- 解析redis的原生响应  
15.        local replies = parser.parse_replies(res.body, #reqs)  
16.        for i, reply in ipairs(replies)  do   
17.           ngx.say(reply[1])  
18.        end  
19. end  

        输出：

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1. $ curl  'http://localhost/pipeline'  
2. $ first  
3.   second  

4. Connection Pool

        前面访问redis和memcached的例子中，在每次处理一个请求时，都会和后端的server建立连接，然后在请求处理完之后这个连接就会被释放。这个过程中，会有3次握手、timewait等一些开销，这对于高并发的应用是不可容忍的。这里引入connection pool来消除这个开销。

        连接池需要HttpUpstreamKeepaliveModule模块的支持。

        配置：

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1. http {  
2.     # 需要HttpUpstreamKeepaliveModule  
3.     upstream redis_pool {  
4.         server 127.0.0.1:6379;  
5.         # 可以容纳1024个连接的连接池  
6.         keepalive 1024 single;  
7.     }  
8.       
9.     server {  
10.         location = /redis {  
11.             …  
12.             redis2_pass redis_pool;  
13.         }  
14.     }  
15. }  

        这个模块提供keepalive指令，它的context是upstream。我们知道upstream在使用Nginx做反向代理时使用，实际upstream是指“上游”，这个“上游”可以是redis、memcached或是mysql等一些server。upstream可以定义一个虚拟server集群，并且这些后端的server可以享受负载均衡。keepalive 1024就是定义连接池的大小，当连接数超过这个大小后，后续的连接自动退化为短连接。连接池的使用很简单，直接替换掉原来的ip和端口号即可。

        有人曾经测过，在没有使用连接池的情况下，访问memcached（使用之前的Memc模块），rps为20000。在使用连接池之后，rps一路飙到140000。在实际情况下，这么大的提升可能达不到，但是基本上100-200%的提高还是可以的。

5. 小结

        这里对memcached、redis的访问做个小结。

        1. Nginx提供了强大的编程模型，location相当于函数，子请求相当于函数调用，并且location还可以向自己发送子请求，这样构成一个递归的模型，所以采用这种模型实现复杂的业务逻辑。

        2. Nginx的IO操作必须是非阻塞的，如果Nginx在那阻着，则会大大降低Nginx的性能。所以在Lua中必须通过ngx.location.capture发出子请求将这些IO操作委托给Nginx的事件模型。

        3. 在需要使用tcp连接时，尽量使用连接池。这样可以消除大量的建立、释放连接的开销。

以上就介绍了使用ngx_lua构建高并发应用，包括了方面的内容，希望对PHP教程有兴趣的朋友有所帮助。