Nginx+Lua+Redis实现广告缓存

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第五章 nginx+lua+redis实现广告缓存

2.1 需求分析

需要在页面上显示广告的信息。

2.2 OpenResty

2.2.1 OpenResty介绍

OpenResty(又称：ngx_openresty) 是一个基于 NGINX 的可伸缩的 Web 平台，由中国人章亦春发起，提供了很多高质量的第三方模块。

OpenResty 是一个强大的 Web 应用服务器，Web 开发人员可以使用 Lua 脚本语言调动 Nginx 支持的各种 C 以及 Lua 模块,更主要的是在性能方面，OpenResty可以 快速构造出足以胜任 10K 以上并发连接响应的超高性能 Web 应用系统。

360，UPYUN，阿里云，新浪，腾讯网，去哪儿网，酷狗音乐等都是 OpenResty 的深度用户。

OpenResty 简单理解，就相当于封装了nginx,并且集成了LUA脚本，开发人员只需要简单的其提供了模块就可以实现相关的逻辑，而不再像之前，还需要在nginx中自己编写lua的脚本，再进行调用了。

2.2.2 OpenResty安装

linux安装openresty:

1.添加仓库执行命令

 yum install yum-utils
 yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo

2.执行安装

yum install openresty

3.安装成功后 会在默认的目录如下：

/usr/local/openresty

2.2.3 安装nginx

默认已经安装好了nginx,在目录：/usr/local/openresty/nginx 下。

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf ,将配置文件使用的根设置为root,目的就是将来要使用lua脚本的时候 ，直接可以加载在root下的lua脚本。

#user nobody; 配置文件第一行原来为这样, 现改为下面的配置
user root root;

测试访问 http://192.168.200.128

2.3 实现思路

2.3.1 表结构分析

tb_ad （广告表）

position：系统定义的广告位置

web_index_lb 首页轮播图

web_index_amusing 有趣区

web_index_ea_lb 家用电器楼层轮播图

web_index_ea 家用电器楼层广告

web_index_mobile_lb 手机通讯楼层轮播图

web_index_mobile 手机通讯楼层广告

2.3.2 缓存预热与二级缓存查询

步骤一：编写lua脚本实现缓存预热（将mysql里的数据查询出来存入redis）

步骤二：编写lua脚本实现二级缓存读取

2.4 代码实现

2.4.1 缓存预热

实现思路：

定义请求：用于查询数据库中的数据更新到redis中。

（1）连接mysql ，按照广告分类ID读取广告列表，转换为json字符串。

（2）连接redis，将广告列表json字符串存入redis 。

定义请求：

请求：
	/ad_update
参数：
	position  --指定广告位置
返回值：
	json

在/root/lua目录下创建ad_load.lua ，实现连接mysql 查询数据 并存储到redis中。

ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
local cjson = require("cjson")
local mysql = require("resty.mysql")
local uri_args = ngx.req.get_uri_args()
local position = uri_args["position"]

local db = mysql:new()
db:set_timeout(1000)  
local props = {  
    host = "192.168.200.128",  
    port = 3306,  
    database = "changgou_business",  
    user = "root",  
    password = "123456"  
}

local res = db:connect(props)  
local select_sql = "select url,image from tb_ad where status =‘1‘ and position=‘"..position.."‘ and start_time<= NOW() AND end_time>= NOW()"  
res = db:query(select_sql)  
db:close()  

local redis = require("resty.redis")
local red = redis:new()
red:set_timeout(2000)

local ip ="192.168.200.128"
local port = 6379
red:connect(ip,port)

red:set("ad_"..position,cjson.encode(res))
red:close()

ngx.say("{flag:true}")

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf文件：

代码如下：

#user  nobody;
user root root;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        charset utf-8;
        #access_log  logs/host.access.log  main;
        # 添加
        location /ad_update {
            content_by_lua_file /root/lua/ad_update.lua;
        }
        
        # redirect server error pages to the static page /50x.html
        #
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }        
    }
}

重新启动nginx

测试：http://192.168.200.128/ad_update?position=web_index_lb

2.4.2 广告缓存读取

实现思路：

定义请求，用户根据广告分类的ID 获取广告的列表。通过lua脚本直接从redis中获取数据即可。

定义请求：

请求:/ad_read
参数：position
返回值：json

在/root/lua目录下创建ad_read.lua

--设置响应头类型
ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
--获取请求中的参数ID
local uri_args = ngx.req.get_uri_args();
local position = uri_args["position"];
--引入redis库
local redis = require("resty.redis");
--创建redis对象
local red = redis:new()
--设置超时时间
red:set_timeout(2000)
--连接
local ok, err = red:connect("192.168.200.128", 6379)
--获取key的值
local rescontent=red:get("ad_"..position)
--输出到返回响应中
ngx.say(rescontent)
--关闭连接
red:close()

在/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf中server下添加配置

        location /ad_read {
            content_by_lua_file /root/lua/ad_read.lua;
        }

测试 http://192.168.200.128/ad_read?position=web_index_lb 输出

[{"url":"img\/banner1.jpg","image":"img\/banner1.jpg"},{"url":"img\/banner2.jpg","image":"img\/banner2.jpg"}]

2.4.3 加入openresty本地缓存

如上的方式没有问题，但是如果请求都到redis，redis压力也很大，所以我们一般采用多级缓存的方式来减少下游系统的服务压力。

先查询openresty本地缓存 如果没有再查询redis中的数据

• 修改/root/lua目录下ad_read文件, 内容如下:

--设置响应头类型
ngx.header.content_type="application/json;charset=utf8"
--获取请求中的参数ID
local uri_args = ngx.req.get_uri_args();
local position = uri_args["position"];

--获取本地缓存
local cache_ngx = ngx.shared.dis_cache;
--根据ID 获取本地缓存数据
local adCache = cache_ngx:get(‘ad_cache_‘..position);

if adCache == "" or adCache == nil then

	--引入redis库
	local redis = require("resty.redis");
	--创建redis对象
	local red = redis:new()
	--设置超时时间
	red:set_timeout(2000)
	--连接
	local ok, err = red:connect("192.168.200.128", 6379)
	--获取key的值
	local rescontent=red:get("ad_"..position)
	--输出到返回响应中
	ngx.say(rescontent)
	--关闭连接
	red:close()
	--将redis中获取到的数据存入nginx本地缓存
	cache_ngx:set(‘ad_cache_‘..position, rescontent, 10*60);
else
 	--nginx本地缓存中获取到数据直接输出
 	ngx.say(adCache)
end

• 修改nginx配置文件vi /usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf ，http节点下添加配置:

#包含redis初始化模块
lua_shared_dict dis_cache 5m;  #共享内存开启

2.4.4 前端页面实现（了解）

（1）修改index.html，编写脚本

	<script type="text/javascript" src="./js/plugins/vue.js"></script>
	<script type="text/javascript" src="./js/plugins/axios.js"></script>
	<script>
	   new Vue({
        el: ‘#app‘,
        data: {
            ad: {
				web_index_lb:[]
			}
        },
        methods: {
            adRead: function(position) {
				axios.get(‘ad_read?position=‘+position).then(response =>{
					this.ad[position]=response.data					
				})
            }
        },
		created(){
			this.adRead(‘web_index_lb‘)
		}
      })
	
	</script>

在页面上添加<div id=‘app‘> ... </div>

（2）修改index.html，渲染广告轮播图

<div id="myCarousel" data-ride="carousel" data-interval="4000" class="sui-carousel slide">
	<ol class="carousel-indicators">
		<li data-target="#myCarousel" data-slide-to="0" class="active" v-for="item in ad.web_index_lb"></li>
	</ol>
	<div class="carousel-inner" id="lbt">
		<div class="item" v-for="item in contentList">
			<a :href="item.url">
			<img :src="item.pic"  />
		  </a>
		</div>		
	</div>
	<a href="#myCarousel" data-slide="prev" class="carousel-control left">?</a>
	<a href="#myCarousel" data-slide="next" class="carousel-control right">?</a>
</div>

（3）上传至服务器并测试

3 nginx限流

一般情况下，首页的并发量是比较大的，即使有了多级缓存，如果有大量恶意的请求，也会对系统造成影响。而限流就是保护措施之一。

nginx提供两种限流的方式：

• 一是控制速率
• 二是控制并发连接数

3.1 控制速率

控制速率的方式之一就是采用漏桶算法。

3.1.1 漏桶算法实现控制速率限流

漏桶(Leaky Bucket)算法思路很简单,水(请求)先进入到漏桶里,漏桶以一定的速度出水(接口有响应速率),当水流入速度过大会直接溢出(访问频率超过接口响应速率),然后就拒绝请求,可以看出漏桶算法能强行限制数据的传输速率.示意图如下:

漏桶算法实现 nginx的配置

配置示意图如下：

修改/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf:

#user  nobody;
user root root;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  ‘$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" ‘
    #                  ‘$status $body_bytes_sent "$http_referer" ‘
    #                  ‘"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"‘;

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    # 设置限流配置
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=myRateLimit:10m rate=2r/s;

    server {  
        listen       8081;
        server_name  localhost;
        charset utf-8;
        location / {
            limit_req zone=myRateLimit;
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
    }
}

解释：

binary_remote_addr 是一种key，表示基于 remote_addr(客户端IP) 来做限流，binary_ 的目的是压缩内存占用量。
zone：定义共享内存区来存储访问信息， myRateLimit:10m 表示一个大小为10M，名字为myRateLimit的内存区域。1M能存储16000 IP地址的访问信息，10M可以存储16W IP地址访问信息。
rate 用于设置最大访问速率，rate=10r/s 表示每秒最多处理10个请求。Nginx 实际上以毫秒为粒度来跟踪请求信息，因此 10r/s 实际上是限制：每100毫秒处理一个请求。这意味着，自上一个请求处理完后，若后续100毫秒内又有请求到达，将拒绝处理该请求.我们这里设置成2 方便测试。

测试：重新加载配置文件

cd /usr/local/openresty/nginx/sbin

./nginx -s reload

访问页面： 直接报错。拒绝访问。

3.1.2 处理突发流量

上面例子限制 10r/s，如果有时正常流量突然增大，超出的请求将被拒绝，无法处理突发流量，可以结合 burst 参数使用来解决该问题。

例如，如下配置表示：

server {
    location / {
		limit_req zone=myRateLimit burst=20;
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }
}

burst 译为突发、爆发，表示在超过设定的处理速率后能额外处理的请求数,当 rate=10r/s 时，将1s拆成10份，即每100ms可处理1个请求。

此处，**burst=20 **，若同时有21个请求到达，Nginx 会处理第一个请求，剩余20个请求将放入队列，然后每隔100ms从队列中获取一个请求进行处理。若请求数大于21，将拒绝处理多余的请求，直接返回503.

不过，单独使用 burst 参数并不实用。假设 burst=50 ，rate依然为10r/s，排队中的50个请求虽然每100ms会处理一个，但第50个请求却需要等待 50 * 100ms即 5s，这么长的处理时间自然难以接受。

因此，burst 往往结合 nodelay 一起使用。

例如：如下配置：

server {
    location / {
		limit_req zone=myRateLimit burst=5 nodelay;
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }
}

如上表示：

平均每秒允许不超过2个请求，突发不超过5个请求，并且处理突发5个请求的时候，没有延迟，等到完成之后，按照正常的速率处理。

如上两种配置结合就达到了速率稳定，但突然流量也能正常处理的效果。配置代码如下：

#user  nobody;
user root root;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  ‘$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" ‘
    #                  ‘$status $body_bytes_sent "$http_referer" ‘
    #                  ‘"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"‘;

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    # 设置限流配置
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=myRateLimit:10m rate=2r/s;

    server {  
        listen       8081;
        server_name  localhost;
        charset utf-8;
        location / {
            limit_req zone=myRateLimit burst = 5 nodelay;
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
    }
}

测试：如下图 在1秒钟之内可以刷新5次，正常处理。

但是超过之后，连续刷新5次，抛出异常。

Nginx+Lua+Redis实现广告缓存

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