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[L2] Nginx proxy_cache 缓存配置与失效策略 ​

一句话结论 ​

proxy_cache 将后端响应缓存到磁盘，依据 Cache-Control/Expires 决定 TTL，通过 proxy_cache_bypass 和 proxy_no_cache 条件精确控制缓存绕过。

体系讲解 ​

缓存区定义（proxy_cache_path）

必须在 http 块声明，指定磁盘路径、目录层级、共享内存区和容量上限：

nginx
proxy_cache_path /var/cache/nginx
    levels=1:2              # 二级目录结构（避免单目录文件过多）
    keys_zone=my_cache:10m  # 共享内存：存放 key → 元数据映射
    max_size=2g             # 磁盘容量上限，超出 LRU 淘汰
    inactive=60m            # 60 分钟内未被访问则淘汰
    use_temp_path=off;      # 直接写入目标目录，避免跨分区拷贝
  • keys_zone 的内存用于存储缓存键和过期时间，10m ≈ 80,000 个 key
  • levels=1:2 会创建如 /var/cache/nginx/a/bc/md5hash 的目录树

应用缓存（location 块）

nginx
location /api/ {
    proxy_cache        my_cache;
    proxy_cache_key    "$scheme$request_method$host$request_uri";
    proxy_cache_valid  200 302  10m;   # 2xx/302 响应缓存 10 分钟
    proxy_cache_valid  404      1m;    # 404 缓存 1 分钟（防缓存穿透）
    proxy_cache_valid  any      5m;    # 其他状态码缓存 5 分钟
    add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;  # 暴露缓存命中状态
}

与 Cache-Control 的联动

后端响应头Nginx 行为
Cache-Control: no-store不缓存（优先于 proxy_cache_valid）
Cache-Control: no-cache缓存但每次需 revalidate
Cache-Control: max-age=300以 300 秒为 TTL（覆盖 proxy_cache_valid）
Cache-Control: private不缓存（认为是用户个人数据）
无 Cache-Control使用 proxy_cache_valid 的配置值

缓存绕过条件

两个指令控制何时不读缓存（bypass）和何时不写缓存（no_cache）：

nginx
# 有 Cookie 中的 session 字段，或请求中带 no_cache 参数，则绕过缓存
proxy_cache_bypass  $cookie_session $arg_no_cache;
# 同样条件下，响应也不写入缓存
proxy_no_cache      $cookie_session $arg_no_cache;

变量值非空且非 0 时生效。常见场景：

  • 已登录用户（携带 Cookie）跳过缓存，拿到个性化数据
  • 后台管理员传 ?no_cache=1 强制刷新

$upstream_cache_status 取值

值含义
HIT命中缓存
MISS未命中，已回源
EXPIRED缓存过期，已回源刷新
BYPASS触发 bypass 条件，跳过缓存
STALE后端出错，返回过期缓存（需配置 proxy_cache_use_stale）
UPDATING正在刷新缓存（并发更新保护）

缓存预热与主动清除

Nginx 开源版不内置主动清除，常用方案：

  1. proxy_cache_purge 模块（需编译）
  2. 在后端通过 Nginx API（商业版）推送失效
  3. 简化做法：给 cache key 加版本号（如 $arg_v），发布时更新参数

考察意图 ​

考查候选人是否理解 Nginx 缓存配置的核心参数含义，以及如何结合 Cache-Control 语义和业务场景（登录态、动静分离）设计精准的缓存绕过策略。

追问链 ​

  1. proxy_cache_valid any 5m 会不会把 500 错误也缓存？如何避免？ 会。any 匹配所有状态码，包括 5xx。应明确列出需要缓存的状态码，避免使用 any；或配合 proxy_cache_use_stale error timeout 在后端出错时复用旧缓存，而非缓存错误响应本身。

  2. 如何实现"缓存 stale，后台刷新"（stale-while-revalidate）效果？ 配置 proxy_cache_use_stale updating + proxy_cache_background_update on：第一个请求触发回源刷新，同时返回旧缓存给用户，避免回源期间的延迟尖刺。

  3. POST 请求默认被缓存吗？如何让 POST 也走缓存？ 默认不缓存（仅缓存 GET/HEAD）。若需缓存 POST（如搜索接口），需要： ① 在 proxy_cache_key 中加入 $request_body ② 显式配置 proxy_cache_methods POST 但需注意 POST 通常含副作用，缓存语义不安全，需谨慎评估。

  4. 多个 Nginx worker 同时回源（Cache Stampede）如何防护？ 使用 proxy_cache_lock on：同 key 只允许一个 worker 回源，其余 worker 等待缓存写入完成后直接读缓存。配合 proxy_cache_lock_timeout 设置等待超时时间。

易错点 ​

  1. keys_zone 内存与磁盘容量混淆：keys_zone=my_cache:10m 的 10m 是共享内存（存元数据），max_size=2g 才是磁盘容量。常见错误是把内存设得很大却忘记设 max_size，导致磁盘被无限写满。

  2. proxy_cache_bypass 与 proxy_no_cache 的区别被忽略：bypass 控制读，no_cache 控制写，两者独立生效。只设 bypass 不设 no_cache，会导致绕过请求的响应覆盖写入缓存，污染其他用户的缓存。通常两者应同时设置相同条件。

  3. 动态页面缓存时 Cookie/Auth Header 未纳入 key：默认 proxy_cache_key 不含 Cookie，若接口返回因用户不同而不同，必须把用户标识加入 key（或直接设置 proxy_no_cache $http_cookie），否则 A 用户的数据会被 B 用户拿到。

代码示例 ​

nginx
# /etc/nginx/conf.d/cache.conf

http {
    proxy_cache_path /var/cache/nginx/api
        levels=1:2
        keys_zone=api_cache:20m
        max_size=1g
        inactive=30m
        use_temp_path=off;

    server {
        listen 80;
        server_name app.example.com;

        # 静态 API：积极缓存
        location /api/public/ {
            proxy_cache        api_cache;
            proxy_cache_key    "$request_method$host$uri$is_args$args";
            proxy_cache_valid  200  5m;
            proxy_cache_valid  404  30s;
            proxy_cache_use_stale  error timeout updating;
            proxy_cache_lock       on;              # 防 Stampede
            proxy_cache_background_update on;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
            proxy_pass http://php_backend;
        }

        # 私有 API：登录用户绕过缓存
        location /api/user/ {
            proxy_cache        api_cache;
            proxy_cache_key    "$request_method$host$uri$is_args$args";
            proxy_cache_valid  200  1m;
            # 携带 session cookie 或 Authorization 头时绕过
            proxy_cache_bypass  $cookie_session $http_authorization;
            proxy_no_cache      $cookie_session $http_authorization;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
            proxy_pass http://php_backend;
        }
    }
}

基于 Apache License 2.0 开源

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