一、Nginx 处理 HTTP 请求的概述

Nginx 作为一款高性能的 Web 服务器，在处理 HTTP 请求时具有举足轻重的地位。在当今互联网高速发展的时代，网站和应用面临着大量并发请求的挑战，Nginx 凭借其出色的性能和高效的请求处理能力脱颖而出。

其重要性不言而喻。首先，Nginx 能够快速且稳定地处理大量的并发连接，确保用户的请求能够得到及时响应，避免了因服务器负载过高而导致的服务中断或响应迟缓。其次，Nginx 对资源的利用非常高效，能够在有限的硬件资源下实现最大化的性能输出，降低了服务器的运营成本。

然而，Nginx 处理 HTTP 请求的过程并非简单直接。它涉及多个复杂的阶段和流程，需要对请求头进行细致的解析，包括请求方法、URI、HTTP 版本、头字段等。同时，还需要根据配置文件中的规则，对请求进行匹配和路由，决定如何处理请求以及将其转发到合适的后端服务。

在请求处理过程中，Nginx 还需要考虑诸如权限控制、访问频率限制、缓存策略等诸多因素，以保障服务的安全性和稳定性。而且，随着互联网需求的不断变化和发展，对 Nginx 处理 HTTP 请求的要求也越来越高，需要不断优化和改进其处理机制，以适应新的业务需求和技术挑战。

总之，Nginx 在处理 HTTP 请求方面的重要性使其成为众多网站和应用的首选服务器，而其复杂性也促使开发者和运维人员不断深入研究和优化，以充分发挥其强大的功能。

二、HTTP 请求处理的主要步骤

（一）接受请求

Nginx 在配置文件中指定的端口上进行监听，时刻准备接收传入的 HTTP 请求。当客户端（如浏览器）发起请求时，Nginx 会迅速作出响应并接收该请求。这个过程中，Nginx 如同一位警觉的哨兵，时刻保持着对网络端口的监听状态，确保不会错过任何一个客户端发送的请求。

（二）解析请求

Nginx 接收到请求后，会立即对请求头部信息进行解析。这包括仔细分析请求方法，如常见的 GET、POST 等，以及请求的统一资源标识符（URI）、HTTP 版本和各种头字段。通过对这些信息的精准解析，Nginx 能够更好地理解客户端的需求和意图。

（三）处理请求

1. 匹配 Server 块

Nginx 首先会依据请求中的 Host 头字段和端口号来匹配对应的 server 块。每个 server 块都针对特定的主机名或 IP 地址定义了一组处理指令。通过这种精确的匹配，Nginx 能够准确地确定应该使用哪个 server 块来处理当前的请求。

2. 匹配 Location 块

在成功匹配到 server 块后，Nginx 会进一步根据请求的 URI 来匹配合适的 location 块。location 块定义了针对特定路径的处理规则，从而使得 Nginx 能够更细致地处理不同路径的请求。

3. 执行指令

当匹配到合适的 location 块后，Nginx 会按照顺序执行该块中的指令。这些指令的功能丰富多样，比如提供静态文件服务，直接读取并返回文件系统中的文件；进行反向代理，将请求转发到后端服务器；实施访问控制，基于 IP 地址或认证信息来决定是否允许访问；运用重写规则，修改请求 URI 并重新处理；执行缓存控制，检查缓存中是否存在响应，若有则直接返回缓存内容。

（四）生成响应

根据处理请求的最终结果，Nginx 会生成一个全面的 HTTP 响应。这个响应包含了设置的响应状态码，如 200 表示成功、404 表示未找到资源等。同时，还包括了响应头部信息，如 Content-Type 指明响应体的类型、Content-Length 表示响应体的长度等。此外，响应体内容也是响应的重要组成部分，它承载着实际要返回给客户端的数据。

（五）发送响应

Nginx 将生成的完整响应发送回客户端。首先，发送响应状态行，如 “HTTP/1.1 200 OK”，向客户端表明请求的处理结果。接着，发送响应头部，传递各种关键信息。最后，发送响应体，如 HTML 文件内容、JSON 数据等，确保客户端能够接收到完整且准确的响应。

三、HTTP 请求处理的 11 个阶段

（一）POST_READ 阶段

在 POST_READ 阶段，Nginx 刚刚读取并解析完请求头，还未进行任何处理。这个阶段的重要作用是能够获取到一些原始的请求信息，例如用户的真实 IP 地址等。通过获取这些原始信息，为后续的处理提供了基础数据支持。

（二）SERVER_REWRITE 阶段

SERVER_REWRITE 阶段主要负责在服务器配置级别实现请求的 URL 重写。这意味着在这个阶段，可以根据特定的规则对请求的 URL 进行修改，为后续的处理提供更符合要求的 URL 格式。

（三）FIND_CONFIG 阶段

在 FIND_CONFIG 阶段，Nginx 会进行关键的 location 匹配工作。它不支持模块注册处理程序，而是由 Nginx 核心完成当前请求与 location 配置块之间的配对。这种配对是精确且关键的，决定了后续请求的处理路径。

（四）REWRITE 阶段

REWRITE 阶段用于处理 location 配置中的 URL 重写。与 SERVER_REWRITE 阶段不同，它专注于 location 块内定义的重写规则，通过这些规则对请求的 URL 进行修改，以满足特定的业务需求。

（五）POST_REWRITE 阶段

POST_REWRITE 阶段与 REWRITE 阶段紧密配合。它由 Nginx 核心完成 REWRITE 阶段所要求的 “内部跳转” 操作，确保请求能够按照重写的要求准确地跳转到相应的处理环节。

（六）PREACCESS 阶段

PREACCESS 阶段主要进行并发连接和请求速率的限制工作。例如，通过相关模块控制同时连接的数量和请求的频率，保障服务器的稳定性和资源的合理分配。

（七）ACCESS 阶段

ACCESS 阶段是解决用户访问权限的核心阶段。它通过各种模块和规则，如用户名和密码验证、访问 IP 限制等，确定用户是否具有访问相应资源的权限。

（八）POST_ACCESS 阶段

POST_ACCESS 阶段与 ACCESS 阶段相互配合。主要用于处理 ACCESS 阶段之后的一些后续工作，确保访问控制的结果能够得到正确的处理和响应。

（九）PRECONTENT 阶段

在处理 CONTENT 之前的 PRECONTENT 阶段，会进行一些准备工作，例如将子请求发送给第三方服务进行处理，为生成最终的响应内容做好前期准备。

（十）CONTENT 阶段

CONTENT 阶段是关键的响应内容生成阶段，涉及众多模块的协同工作。这些模块共同努力生成符合请求要求的响应内容，如 HTML 页面、JSON 数据等。

（十一）LOG 阶段

LOG 阶段主要负责记录访问日志。通过记录访问信息，如请求的时间、来源、处理结果等，为后续的分析和优化提供了重要的数据依据。

四、模块介入阶段的方式

（一）通用方式

在 Nginx 的 HTTP 框架初始化过程中，任何 HTTP 模块若想介入处理阶段，可通过定义特定的处理方法，并调用自身接口 ngx_http_module_t 中的 postconfiguration 函数，将该处理方法添加到 phase_engine 中，即添加到 ngx_http_core_main_conf_t.phase_engine.handlers 数组中。当一个 HTTP 请求到达时，Nginx 会按照既定规则调用相应阶段中注册的处理方法来处理请求。这种通用方式适用于除 NGX_HTTP_FIND_CONFIG_PHASE、NGX_HTTP_POST_REWRITE_PHASE、NGX_HTTP_POST_ACCESS_PHASE、NGX_HTTP_TRY_FILES_PHASE 之外的所有阶段。

（二）针对 CONTENT 阶段的特殊方式

对于 CONTENT 阶段，有一种特殊的介入方式。可以将希望处理请求的方法设置到 location 配置块相关的 ngx_http_loc_conf_t 结构体的 handler 指针中。这种方式的优势在于，所设置的处理方法只会处理与该 location 的 URI 相匹配的请求，而不会处理其他不相关的请求。这样可以更精准地控制处理请求的范围，提高处理的效率和针对性，避免不必要的资源消耗和处理逻辑的混乱。

五、Nginx 的多进程和异步非阻塞机制

（一）多进程机制

Nginx 采用多进程机制，每当服务器接收到一个客户端请求时，服务器主进程（master process）就会生成一个子进程（worker process）来与客户端建立连接并进行交互。这种方式具有一定的优点，例如各个子进程之间相互独立，不需要加锁，减少了使用锁对性能造成的影响，降低了编程的复杂度和开发成本。而且，采用独立的进程，使得进程之间不会相互影响，即便一个进程发生异常退出，其他进程仍能正常工作，master 进程会迅速启动新的 worker 进程，确保服务的连续性，将风险降到最低。

然而，这种多进程机制也存在缺点。操作系统生成一个子进程需要进行内存复制等操作，这在资源和时间上会产生一定的开销。当面对大量请求时，会对系统资源造成较大压力，导致系统性能下降。

（二）异步非阻塞机制

Nginx 的工作进程采用异步非阻塞方式，能够同时处理多个客户端请求。当工作进程接收到客户端的请求后，调用 IO 进行处理。若不能立即得到结果，工作进程不会阻塞等待，而是去处理其他请求。同时，客户端在此期间也无需等待响应，可以去处理其他事务。当 IO 操作返回结果时，会通知工作进程。工作进程收到通知后，暂时挂起当前处理的事务，转而响应客户端的请求。这种机制大大提高了系统的并发处理能力和资源利用效率，使得 Nginx 能够在高并发场景下表现出色。

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