摘要：無論是將其用作的服務(wù)器反向代理服務(wù)器負(fù)載均衡器，還是同時(shí)使用以上三種功能，和都能帶來很大好處。再就是下篇文章會(huì)介紹如何把和當(dāng)作反向代理服務(wù)器和多個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器的負(fù)載均衡器。而使用將會(huì)有助于解決這一問題。

【編者按】本文主要介紹 nginx 的主要功能以及如何通過 NGINX 優(yōu)化 Python 應(yīng)用性能。本文系國內(nèi) ITOM 管理平臺(tái) OneAPM 編譯呈現(xiàn)。

Python 的著名之處在于使用簡單方便，軟件開發(fā)簡單，而且據(jù)說運(yùn)行性能優(yōu)于其它腳本語言。（雖然最新版本的 PHP、PHP 7 可能會(huì)與它展開激烈競爭。）

所有人都希望自己的網(wǎng)站和應(yīng)用程序運(yùn)行得更快一些。但是，每個(gè)網(wǎng)站在流量增長或驟然出現(xiàn)流量峰值時(shí)都很容易發(fā)生性能問題、甚至宕機(jī)（這一般會(huì)在服務(wù)器最繁忙的時(shí)候發(fā)生）。此外在運(yùn)行期間，無論是流量穩(wěn)步增長還是使用量急速飛漲，幾乎所有的網(wǎng)站都會(huì)經(jīng)歷性能問題。

而關(guān)于網(wǎng)站性能問題，那就到了 NGINX 和 NGINX Plus 發(fā)揮作用的時(shí)候。一般可以通過以下三種方式改善網(wǎng)站性能：

作 web 服務(wù)器，NGINX 最開始的設(shè)計(jì)初衷就是解決 C10K 問題，也就是能夠輕松支持1萬以上的同時(shí)訪問。NGINX 作為 Python web 服務(wù)器，可以保證網(wǎng)站在流量較低時(shí)依然能夠快速運(yùn)行。當(dāng)擁有上千名用戶同時(shí)訪問時(shí)，你就必須提供更高性能、更少崩潰和更短停機(jī)時(shí)間的 web 服務(wù)器。你也可以在 NGINX 服務(wù)器上進(jìn)行靜態(tài)文件緩存或微程序緩存，不過這兩者在多帶帶的 NGINX 反向代理服務(wù)器（見下段）上運(yùn)行表現(xiàn)更佳。

做反向代理服務(wù)器---你可以在當(dāng)前應(yīng)用程序服務(wù)器上把 NGINX 設(shè)置為反向代理服務(wù)器。NGINX 會(huì)將網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求發(fā)送到應(yīng)用程序服務(wù)器。這種古怪招數(shù)可以提高網(wǎng)站運(yùn)行速度，減少停機(jī)時(shí)間，減少服務(wù)器資源占用，并且提高網(wǎng)站安全。你還可以在反向代理服務(wù)器上緩存靜態(tài)數(shù)據(jù)（非常高效），增加動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的微程序緩存，從而減少應(yīng)用程序本身的負(fù)擔(dān)。

做多個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器的負(fù)載均衡器---首先要部署反向代理服務(wù)器，然后同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器，并使用 NGINX 或 NGINX Plus 來均衡經(jīng)過它們傳送的流量，進(jìn)行擴(kuò)展。通過這種部署，你可以輕松的根據(jù)流量需求來衡量網(wǎng)站性能，增加可靠度和正常運(yùn)行時(shí)間。如果你需要既定的用戶會(huì)話保存在同一個(gè)服務(wù)器上，配置負(fù)載均衡器還可以支持會(huì)話持久性。

無論是將其用作 Python 的 web 服務(wù)器、反向代理服務(wù)器、負(fù)載均衡器，還是同時(shí)使用以上三種功能，NGINX 和 NGINX Plus 都能帶來很大好處。

下面介紹改善 Python 應(yīng)用程序性能的5個(gè)技巧，本文會(huì)分多個(gè)章節(jié)進(jìn)行介紹，包括把 NGINX 和 NGINX Plus 作為 web 服務(wù)器，如何實(shí)施靜態(tài)文件緩存，以及微程序緩存應(yīng)用程序生成文件。

再就是下篇文章會(huì)介紹如何把 NGINX 和 NGINX Plus 當(dāng)作反向代理服務(wù)器和多個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器的負(fù)載均衡器。

檢驗(yàn) Python 應(yīng)用程序的性能分有兩種不同情況。

第一種是在日常合理用戶數(shù)量的情況下；第二種則是負(fù)載很大的情況下。

很多站長毫不關(guān)心輕負(fù)載時(shí)網(wǎng)站性能，然而殘酷的現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，響應(yīng)時(shí)間的每一秒鐘都應(yīng)該為之捏一把汗。雖然將響應(yīng)時(shí)間縮短幾毫秒是個(gè)苦差事，但卻會(huì)帶來更好的用戶體驗(yàn)和更好的運(yùn)營成果。

另一個(gè)就是所有人都擔(dān)心的情境：網(wǎng)站繁忙時(shí)出現(xiàn)的性能問題，例如運(yùn)行嚴(yán)重減緩和崩潰。此外，很多黑客攻擊也會(huì)表現(xiàn)為用戶數(shù)量急劇增長，所以改善網(wǎng)站性能也是解決攻擊問題的重要一步。

服務(wù)器會(huì)為每位用戶分配一定數(shù)量的內(nèi)存，例如 Apache HTTP 服務(wù)器，隨著用戶數(shù)量的增長，物理內(nèi)存就會(huì)出現(xiàn)超負(fù)載，服務(wù)器開始將數(shù)據(jù)交換到磁盤上，性能驟降，隨之產(chǎn)生性能不良和崩潰。而使用 NGINX 將會(huì)有助于解決這一問題。

Python 尤其容易發(fā)生內(nèi)存相關(guān)的性能問題，因?yàn)樗趫?zhí)行任務(wù)時(shí)一般比其它腳本語言占用更多的內(nèi)存（因此它的執(zhí)行速度更高）。因此，在同等條件下，基于 Python 的應(yīng)用程序可能比其他語言的應(yīng)用程序能承受的用戶負(fù)載量更小。

優(yōu)化應(yīng)用程序或多或少會(huì)有幫助，但是這通常不是流量相關(guān)網(wǎng)站性能問題的最佳或最快解決方案。本文后續(xù)會(huì)列出解決流量相關(guān)問題的最佳/最快解決方案。當(dāng)你看完本文后，無論如何都要回去優(yōu)化你的應(yīng)用程序，或者使用微服務(wù)架構(gòu)重寫。

小網(wǎng)站只要配置單一服務(wù)器就可以運(yùn)行良好，大網(wǎng)站則需要有多個(gè)服務(wù)器。而如果你處于中間地帶，或者你的網(wǎng)站正在由小網(wǎng)站發(fā)展壯大起來，那你就要做些有意思的選擇了。

如果你只具配置有單一服務(wù)器的能力，那么在流量峰值或整體流量迅速增長時(shí)，你會(huì)面臨極大風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)榇藭r(shí)你的擴(kuò)展性會(huì)受限，此時(shí)解決問題的方法可以包括優(yōu)化應(yīng)用程序、把網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器改成 NGINX、換一個(gè)更大更快的服務(wù)器，或者把存儲(chǔ)任務(wù)轉(zhuǎn)移到內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）等。這其中每一個(gè)選項(xiàng)都需要耗費(fèi)時(shí)間、成本，并且在實(shí)施過程中都可能會(huì)引入錯(cuò)誤和問題。

此外，配置單一服務(wù)器的情況下，你的網(wǎng)站就有一個(gè)單一的失敗節(jié)點(diǎn)，會(huì)有很多問題造成你的網(wǎng)站下線而且沒有很快很簡捷的解決方法。

如果把配置單一服務(wù)器改成使用 NGINX，可以自由選擇開源 NGINX 軟件或 NGINX Plus。NGINX Plus 包含企業(yè)級(jí)支持及額外功能。有些額外功能可以在單一服務(wù)器配置狀況下實(shí)現(xiàn)，例如實(shí)時(shí)活動(dòng)監(jiān)控，而有些功能只有在把 NGINX Plus 作為多個(gè)服務(wù)器配置下的反向代理服務(wù)器時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，例如負(fù)載均衡和會(huì)話持久性。

綜合以上所有考慮，除非你確信你的網(wǎng)站在接下來很長時(shí)間都不會(huì)擴(kuò)大規(guī)模，停止運(yùn)行也不會(huì)有大麻煩，可以抵抗一些其他的風(fēng)險(xiǎn)，那可以配置單一服務(wù)器。但別忘了配置多個(gè)服務(wù)器幾乎可以隨意擴(kuò)展---單次失敗完全可以處理，能迅速擴(kuò)充容量，總之你應(yīng)用的性能由你來定。
Tip 3 – Change Your Web Server to NGINX

在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展早期，Apache等同于web 服務(wù)器。但是21世紀(jì)初 NGINX 誕生之后使用越來越廣泛，它已經(jīng)成為世界上流量前1000、10000和100000的公司的 web 服務(wù)器首選。

NGINX 的設(shè)計(jì)初衷是解決 C10K 問題，也就是在給定內(nèi)存預(yù)算的范圍內(nèi)能支持10000以上的同時(shí)訪問。其它 web 服務(wù)器需要給每個(gè)訪問分配一部分內(nèi)存，但當(dāng)幾千名用戶同時(shí)訪問網(wǎng)站時(shí)，它們會(huì)面臨物理內(nèi)存不足、運(yùn)行緩慢或崩潰的問題。NGINX 分別處理每個(gè)請(qǐng)求，并且能優(yōu)雅地應(yīng)對(duì)更多用戶。（如上文所述，它在其它功能方面也有優(yōu)異表現(xiàn)。）

以下為 NGINX 架構(gòu)的概述。

在本圖中，是一個(gè) Python 應(yīng)用程序服務(wù)器的后臺(tái)應(yīng)用程序塊，需要通過 FastCGI 來訪問。NGINX 并不知道如何運(yùn)行 Python，因此它需要關(guān)口來進(jìn)入一個(gè)能夠運(yùn)行 Python 的環(huán)境。FastCGI 是 PHP、Python 等語言廣泛使用的用戶界面。

不過，Python 和 NGINX 之間的溝通更常用的備選是服務(wù)網(wǎng)關(guān)接口（WSGI）。WSGI 可以在多線程、多進(jìn)程環(huán)境下運(yùn)行，因此它可以在本文提到的所有配置選擇下運(yùn)行。

如果你要把 NGINX 作成你的 web 服務(wù)器，網(wǎng)上有很多操作幫助信息：

配置 gunicorn---綠色獨(dú)角獸，一個(gè)很有名的 WSGI 服務(wù)器，以便使用 NGINX。

配置 uWSGI---另外一個(gè)有名的 WSGI 服務(wù)器，以便使用 NGINX。uWSGI 能夠直接支持 NGINX。

使用 uWSGI、NGINX 和 Django---一個(gè)很常用的 Python 網(wǎng)站框架。

以下片段展示了如何配置 NGINX 來與 uWSGI 一起運(yùn)行（給出的實(shí)例是使用 Python 框架 Django 的一個(gè)項(xiàng)目）：

http {
    ...
    upstream django {
       server 127.0.0.1:29000;
    }

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

        root /var/www/myapp/html;

        location / {
            index index.html;
        }

        location /static/  {
            alias /var/django/projects/myapp/static/;
        }

        location /main {
            include /etc/nginx/uwsgi_params;
            uwsgi_pass django;

            uwsgi_param Host $host;
            uwsgi_param X-Real-IP $remote_addr;
            uwsgi_param X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            uwsgi_param X-Forwarded-Proto $http_x_forwarded_proto;
        }
    }
}

靜態(tài)數(shù)據(jù)緩存包括把那些不經(jīng)常變更的文件（也許是幾個(gè)小時(shí)，也許是永遠(yuǎn)不變）存在一個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器之外的地方。靜態(tài)文件的典型例子就是作為網(wǎng)頁內(nèi)容一部分展示的 JPEG 圖像。

靜態(tài)文件緩存是增強(qiáng)應(yīng)用程序性能的常見方法，而且實(shí)際上會(huì)在下面幾個(gè)層面發(fā)生：

在用戶的瀏覽器

多個(gè)層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)提供者---從一家公司的內(nèi)網(wǎng)，到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商(ISP)

web 服務(wù)器上，正如本文所述

在 web 服務(wù)器上實(shí)施靜態(tài)數(shù)據(jù)緩存有兩個(gè)好處：

更快傳送到用戶---NGINX 針對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)緩存做了優(yōu)化，執(zhí)行靜態(tài)內(nèi)容的請(qǐng)求的速度比應(yīng)用程序服務(wù)器快得多。

減輕應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)擔(dān)---應(yīng)用服務(wù)器甚至不會(huì)收到緩存靜態(tài)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)這些請(qǐng)求。

靜態(tài)文件緩存在單個(gè)服務(wù)器執(zhí)行時(shí)運(yùn)行良好，但其實(shí)硬件方面依然由 web 服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器共享。如果 web 服務(wù)器使用硬件找回緩存的文件（及時(shí)非常高效）應(yīng)用程序?qū)o法使用這些硬件，運(yùn)行速度可能會(huì)受到影響。

要支持瀏覽器緩存，就要為靜態(tài)文件正確設(shè)置 HTTP 標(biāo)頭。需要考慮 HTTP 緩存控制標(biāo)頭（尤其是它的 max?age 設(shè)置）、Expires 標(biāo)頭和實(shí)體標(biāo)簽。如想了解更多這方面的介紹，可以參考 Using NGINX as an Application Gateway with uWSGI and Django。

下面的代碼配置 NGINX，用于緩存包括 JPEG 文件、GIF、PNG文件、MP4 視頻文件、ppt等多種類型的靜態(tài)文件（用你的網(wǎng)址來替代 www.example.com ）：

server {
    # substitute your web server"s URL for "www.example.com"
    server_name www.example.com;
    root /var/www/example.com/htdocs;
    index index.php;
    access_log /var/log/nginx/example.com.access.log;
    error_log /var/log/nginx/example.com.error.log;

   location / {
        try_files $uri $uri/ /index.php?$args;
    }

   location ~ .php$ {
        try_files $uri =404;
        include fastcgi_params;
        # substitute the socket, or address and port, of your Python server
        fastcgi_pass unix:/var/run/php5-fpm.sock;
        #fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
    }  

   location ~* .(ogg|ogv|svg|svgz|eot|otf|woff|mp4|ttf|css|rss|atom|js|jpg
                  |jpeg|gif|png|ico|zip|tgz|gz|rar|bz2|doc|xls|exe|ppt|tar|mid
                  |midi|wav|bmp|rtf)$ {
        expires max;
        log_not_found off;
        access_log off;
    }
}

微程序緩存給了那些運(yùn)行 Python、PHP 和其它語言的應(yīng)用程序服務(wù)器提升性能的大好機(jī)會(huì)。可緩存的網(wǎng)頁有以下3種類型：

靜態(tài)文件---可緩存，見技巧4。

應(yīng)用程序生成的、非個(gè)人化頁面---一般來說，緩存這些沒有意義，因?yàn)檫@些內(nèi)容需要不斷更新。舉個(gè)例子，用戶登錄電商網(wǎng)站時(shí)看到的頁面（見下段）---在售商品、同類商品推薦等等可能會(huì)不斷更新，因此提供最新的網(wǎng)頁非常重要。不過，如果另一個(gè)用戶在十分之一秒之后登錄，向他們展示前一位用戶看到的同樣頁面也沒有什么問題。

應(yīng)用程序生成的、個(gè)人化頁面---這些通常不會(huì)被緩存，因?yàn)樗鼈兪菃蝹€(gè)用戶所屬，而且同一個(gè)用戶也不會(huì)再次看到相同的頁面。舉個(gè)例子，用戶登錄電商網(wǎng)站后看到的頁面，同樣的頁面不能向其他用戶展示。

微程序緩存對(duì)上述第二種網(wǎng)頁類型很有用---應(yīng)用程序生成的、非個(gè)人化頁面。微是一個(gè)概括的時(shí)間范圍。如果你的網(wǎng)站一秒之內(nèi)數(shù)次生成同樣的頁面，緩存一秒鐘就不會(huì)影響網(wǎng)頁的新鮮度。不過這個(gè)概括的緩存時(shí)間期限會(huì)極大地減輕應(yīng)用程序服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，尤其是流程峰值期間。在緩存逾時(shí)期限內(nèi)，不用生成10次、20次、100次（相同的內(nèi)容），而是生成既定的網(wǎng)頁一次，然后這個(gè)網(wǎng)頁就會(huì)被緩存，并且通過緩存向多個(gè)用戶展示。

而這產(chǎn)生的效果卻不可思議，服務(wù)器一秒鐘處理大量請(qǐng)求運(yùn)行緩慢，但在只處理一個(gè)請(qǐng)求時(shí)速度是極快的。（當(dāng)然，還有任何個(gè)人化的頁面）。設(shè)置一秒超時(shí)的代理服務(wù)器這樣的核心變化只需要幾行配置代碼。

proxy_cache_path /tmp/cache keys_zon=cache:10m levels=1:2 inactive=600s max_size=100m;
server {
    proxy_cache cache;
    proxy_cache_valid 200 1s;
    ...
}

更多配置范例，請(qǐng)參考 Tyler Hicks?Wright 的博客 Python and uWSGI with NGINX.。

在這部分，本文介紹了提升單一服務(wù)器提升 Python 應(yīng)用性能的解決方案，可以在單一服務(wù)器上配置，也可在反向代理服務(wù)器或多帶帶的緩存服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。（緩存在多帶帶的服務(wù)器上運(yùn)行更好。）接下來的第二部分介紹需要兩個(gè)或更多服務(wù)器才能實(shí)現(xiàn)的性能提升方案。

當(dāng)然如果你想了解 NGINX Plus 適用于你的應(yīng)用程序的高級(jí)功能，例如支持、實(shí)時(shí)活動(dòng)監(jiān)控、運(yùn)行時(shí)同時(shí)配置，可以去 NGINX 官網(wǎng)查看。

OneAPM 能夠幫你查看 Python 應(yīng)用程序的方方面面，不僅能夠監(jiān)控終端的用戶體驗(yàn)，還能監(jiān)控服務(wù)器性能，同時(shí)還支持追蹤數(shù)據(jù)庫、第三方 API 和 Web 服務(wù)器的各種問題。想閱讀更多技術(shù)文章，請(qǐng)?jiān)L問 OneAPM 官方技術(shù)博客。

本文轉(zhuǎn)自 OneAPM 官方博客

原文地址：Maximizing Python Performance with NGINX, Part I: Web Serving and Caching