运维系列.Nginx中使用HTTP压缩功能(一)

简介: 运维系列.Nginx中使用HTTP压缩功能(一)

1. 概述

Web开发中,随着网页内容日益丰富

Web开发中,随着网页内容日益丰富,页面大小不断增加,如何有效减少数据传输量成为了一个关键问题。HTTP压缩技术应运而生,它是一种在服务器和客户端之间传输数据时使用的优化方法。


HTTP压缩的核心思想是在服务器端对响应内容进行压缩,然后发送给客户端,客户端接收到压缩后的数据再进行解压。这个过程可以显著减少传输的数据量,从而加快页面加载速度,减少带宽使用,并提升整体的用户体验。


作为一款高性能的Web服务器,Nginx内置了强大的HTTP压缩功能。通过合理配置Nginx的压缩模块,网站管理员可以轻松实现对静态文件和动态内容的有效压缩。Nginx支持多种压缩算法,其中最常用的是gzip压缩,同时也可以通过扩展模块支持更高效的Brotli压缩。


HTTP压缩不仅可以减少传输的数据量,还能降低服务器的带宽成本。对于移动设备用户来说,压缩技术的应用尤其重要,因为它可以减少数据使用量,提高页面加载速度。然而,压缩也会消耗一定的服务器CPU资源,因此在实际应用中需要权衡压缩带来的收益和成本。


本文将深入探讨Nginx中HTTP压缩的原理、配置方法以及优化策略。我们将从压缩算法的基本概念出发,详细介绍Nginx中的压缩模块,并提供实用的配置示例。同时,我们还将讨论如何根据不同场景优化压缩策略,以及如何避免常见的压缩陷阱。通过本文的学习,读者将能够掌握在Nginx中有效使用HTTP压缩的技巧,从而显著提升网站的性能和用户体验。


2. HTTP压缩原理

HTTP压缩是一种在网络传输过程中减少数据量的技术,它通过在服务器端压缩响应内容,然后在客户端解压的方式来实现数据传输的优化。这种技术不仅可以显著减少传输的数据量,还能提高网页加载速度,降低带宽使用,从而提升整体的用户体验。


2.1 压缩算法简介

HTTP压缩中,最常用的压缩算法是gzipBrotli


gzip是一种广泛支持的压缩算法,它基于DEFLATE算法,结合了LZ77算法和Huffman编码。gzip压缩具有良好的压缩比和较快的压缩速度,是目前Web服务器中最常用的压缩方法。


Brotli是由Google开发的更新的压缩算法,它在压缩比方面优于gzip,尤其是对于文本内容。Brotli使用了更复杂的上下文建模和更高效的熵编码技术,能够在相同的压缩级别下实现更小的文件大小。然而,Brotli的压缩速度相对较慢,通常用于静态内容的预压缩。


除了这两种主要算法,还有其他压缩算法如deflate、zlib等,但在Web环境中使用较少。


2.2 压缩过程和解压过程

压缩过程发生在服务器端。当服务器收到客户端请求后,会根据配置决定是否对响应内容进行压缩。如果决定压缩,服务器会使用指定的算法(如gzip或Brotli)对响应内容进行压缩处理。压缩后的内容会被添加相应的HTTP头部信息,如Content-Encoding: gzip,以告知客户端内容已被压缩及使用的压缩方法。


解压过程则发生在客户端。当浏览器接收到压缩后的响应时,会根据Content-Encoding头部信息识别压缩方法。然后,浏览器会使用相应的解压算法对内容进行解压,还原出原始内容。最后,浏览器会处理解压后的内容,如渲染HTML、执行JavaScript等。


2.3 客户端与服务器的协商机制

HTTP压缩的使用需要客户端和服务器之间的协商。这个过程主要通过HTTP请求和响应头部来完成。


客户端在发送请求时,会在请求头中包含Accept-Encoding字段,列出它支持的压缩方法。例如:


Accept-Encoding: gzip, deflate, br


这表示客户端支持gzip、deflate和Brotli(br)压缩。


服务器收到请求后,会根据客户端支持的压缩方法和自身的配置,选择一种压缩方法(或不压缩)。如果服务器决定使用压缩,它会在响应头中添加Content-Encoding字段,指明使用的压缩方法。例如:


Content-Encoding: gzip


这表示响应内容使用了gzip压缩。


通过这种协商机制,客户端和服务器可以就使用何种压缩方法达成一致,确保双方都能正确处理传输的数据。


值得注意的是,并非所有类型的内容都适合压缩。例如,已经压缩过的文件(如JPEG图片、ZIP文件等)通常不会再次压缩,因为这可能会增加文件大小而不是减小。因此,服务器在决定是否压缩时,还会考虑内容类型、文件大小等因素。


总的来说,HTTP压缩是一种强大的性能优化技术,通过客户端和服务器的协作,可以显著减少数据传输量,提高网站的加载速度和用户体验。在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的压缩算法和配置,以达到最佳的压缩效果。

3. Nginx中的压缩配置

3.1 gzip压缩配置

3.1.1 启用gzip压缩

Nginx中的gzip压缩功能是通过内置的ngx_http_gzip_module模块实现的。要启用gzip压缩,我们使用gzip指令。这个指令可以在httpserverlocation上下文中使用。语法如下:

gzip on;

gzip off;

当设置为"on"时,Nginx将对响应进行gzip压缩。默认值为"off"。启用gzip压缩是提高网站性能的第一步,但仅仅启用还不够,我们还需要进行更多的配置来优化压缩效果。

3.1.2 设置压缩级别

gzip_comp_level指令用于设置gzip压缩的级别。取值范围是1到9,其中1表示最低压缩比和最快压缩速度,9表示最高压缩比和最慢压缩速度。默认值为1。例如:

gzip_comp_level 6;

通常建议使用4-6之间的值,以平衡压缩效果和CPU使用率。较高的压缩级别会产生更小的文件,但也会消耗更多的CPU资源。

3.1.3 指定压缩的MIME类型

gzip_types指令用于指定需要进行gzip压缩的MIME类型。默认情况下,Nginx只会压缩"text/html"类型的响应。配置示例:

gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;

这个配置指定了多种常见的文件类型进行压缩,包括普通文本、CSSJSONJavaScriptXML等。

3.1.4 设置最小压缩文件大小

gzip_min_length指令设置需要进行gzip压缩的响应体的最小大小。当响应体小于这个值时,Nginx不会进行压缩。例如:

gzip_min_length 1000;

这有助于避免对小文件进行不必要的压缩,因为压缩可能会增加文件大小而不是减小。

3.1.5 配置代理请求的压缩行为

gzip_proxied指令控制对从代理服务器收到的响应进行压缩的行为。例如:

gzip_proxied any;

这将对所有从代理服务器收到的响应进行压缩。这个指令有多个可选值,如"off"、“expired”、“no-cache”、“no-store”、“private”、“no_last_modified”、“no_etag"和"auth”。

3.1.6 添加Vary头

gzip_buffers指令用于设置用于压缩响应的缓冲区数量和大小。语法为"number size",其中number指定缓冲区数量,size指定每个缓冲区的大小。例如:

gzip_buffers 16 8k;


默认值通常足够,但在某些情况下可能需要调整以优化性能。

3.1.7 配置压缩缓冲区

gzip_buffers指令用于设置用于压缩响应的缓冲区数量和大小。语法为"number size",其中number指定缓冲区数量,size指定每个缓冲区的大小。例如:

gzip_buffers 16 8k;

默认值通常足够,但在某些情况下可能需要调整以优化性能。

3.1.8 针对特定用户代理禁用压缩

gzip_disable指令用于针对特定的用户代理禁用gzip压缩。这通常用于避免对某些存在bug的浏览器进行压缩。例如:

gzip_disable "MSIE [1-6]\.";

这将禁用对IE6及以下版本的gzip压缩。

3.1.9 综合配置示例

以下是一个综合的gzip配置示例,结合了上述所有指令:

gzip on;
gzip_comp_level 6;
gzip_min_length 1000;
gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
gzip_vary on;
gzip_proxied any;
gzip_disable "MSIE [1-6]\.";
gzip_buffers 16 8k;


这个配置启用了gzip压缩,并对各个方面进行了优化设置。通过合理配置这些gzip指令,可以显著减少传输的数据量,提高网站的加载速度。然而,需要注意的是,压缩也会消耗服务器的CPU资源,因此在配置时需要权衡压缩带来的收益和成本。对于高流量的网站,可能需要进行更细致的调优和测试,以找到最佳的压缩配置。


3.2 gzip_static模块

Nginx的gzip_static模块是一个强大的功能,它允许服务器直接发送预先压缩好的**.gz文件,而不是在每次请求时动态压缩内容。这种方法可以显著减少服务器的CPU**负载,特别是对于经常被请求的静态文件。


gzip_static模块不是Nginx的默认模块,需要在编译Nginx时明确包含。如果你使用的是预编译的Nginx包,可能需要检查是否已包含此模块。可以通过运行nginx -V命令来查看编译选项,寻找是否包含--with-http_gzip_static_module。


启用gzip_static模块后,当客户端请求一个文件时,Nginx会首先查找是否存在该文件的**.gz版本。如果存在,并且客户端支持gzip**压缩(通过Accept-Encoding头部指示),Nginx就会直接发送这个预压缩的文件,而不是动态压缩原始文件。

要在Nginx配置中启用gzip_static,可以使用以下指令:

gzip_static on;

这个指令可以在http、server或location上下文中使用。


gzip_static模块还提供了一个额外的选项"always"。当设置为"always"时,Nginx会始终发送**.gz**文件(如果存在),即使客户端没有发送Accept-Encoding: gzip头部。这在某些特殊情况下可能有用,但通常不推荐使用。

gzip_static always;

使用gzip_static模块时,需要注意以下几点:


首先,你需要为要提供的文件创建**.gz版本。这通常可以通过使用gzip**命令行工具或在构建过程中自动完成。例如,对于一个名为example.js的文件,你需要创建一个名为example.js.gz的压缩版本。


其次,确保**.gz文件与原始文件位于同一目录中。Nginx会在与原始文件相同的位置查找.gz**文件。


第三,记得及时更新**.gz文件。当原始文件发生变化时,确保重新生成对应的.gz**文件,以保持内容的一致性。


最后,gzip_static模块与动态gzip压缩(通过gzip on;启用)可以同时使用。这样,对于有预压缩**.gz文件的内容,Nginx会直接发送.gz**文件;对于没有预压缩文件的内容,Nginx会进行动态压缩。使用gzip_static模块的一个典型配置可能如下所示:

http {
    gzip_static on;
    gzip on;
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript;
    
    server {
        listen 80;
        server_name example.com;
        root /var/www/example.com;
        
        location / {
            try_files $uri $uri/ =404;
        }
    }
}

在这个配置中,Nginx会首先尝试发送预压缩的**.gz文件(如果存在)。如果不存在.gz**文件,它会尝试动态压缩内容(如果内容类型匹配gzip_types指令)。


gzip_static模块帮助减少服务器负载,提高静态内容的传输效率。对于大型网站或应用,使用预压缩文件可以显著提升性能,特别是在处理频繁请求的大型静态文件时。然而,它也需要额外的磁盘空间来存储**.gz文件,并且需要在文件更新时维护这些压缩版本。因此,在决定是否使用gzip_static**时,需要权衡这些因素。


3.3 Brotli压缩配置(如果可用)

Brotli是一种由Google开发的新型压缩算法,相比传统的gzip压缩,它能够提供更高的压缩比,尤其适合文本内容的压缩。在Nginx中使用Brotli压缩需要安装额外的模块,因为Brotli不是Nginx的标准模块。


首先,确保你的Nginx已经编译并安装了Brotli模块。你可以通过运行nginx -V命令来检查是否包含了Brotli模块。如果输出中包含--add-module=../ngx_brotli,则表示Brotli模块已经安装。

Nginx配置中启用Brotli压缩的主要指令是brotli on。这个指令可以在httpserverlocation上下文中使用。例如:

http {
    brotli on;
    # 其他配置...
}

gzip类似,Brotli也有一系列相关的配置指令来控制其行为:

brotli_comp_level指令用于设置Brotli压缩的级别。它的取值范围是0到11,其中0表示不压缩,11表示最高压缩比。默认值通常为6。较高的压缩级别会产生更小的文件,但也会消耗更多的CPU资源。例如:

brotli_comp_level 6;

brotli_types指令用于指定需要进行Brotli压缩的MIME类型。默认情况下,Nginx只会压缩"text/html"类型的响应。通常我们需要压缩更多类型的文件,如CSSJavaScript等。配置示例:

brotli_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;

brotli_min_length指令设置需要进行Brotli压缩的响应体的最小大小。当响应体小于这个值时,Nginx不会进行压缩。这有助于避免对小文件进行不必要的压缩。默认值通常为20字节。例如:

brotli_min_length 1000;

brotli_buffers指令用于设置用于压缩响应的缓冲区数量和大小。语法为"number size",其中number指定缓冲区数量,size指定每个缓冲区的大小。例如:

brotli_buffers 16 8k;

brotli_static指令类似于gzip_static,它允许Nginx发送预先压缩的**.br文件,而不是在每次请求时动态压缩内容。这可以显著减少服务器的CPU**负载。使用方法如下:

brotli_static on;

使用Brotli压缩时,还需要注意客户端的支持情况。不是所有的浏览器都支持Brotli压缩,因此通常建议同时启用gzip压缩作为后备方案。

以下是一个综合的Brotli配置示例:

http {
    brotli on;
    brotli_comp_level 6;
    brotli_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
    brotli_min_length 1000;
    brotli_static on;

    # 同时启用gzip作为后备
    gzip on;
    gzip_vary on;
    gzip_proxied any;
    gzip_comp_level 6;
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;

    # 其他配置...
}

这个配置启用了Brotli压缩,设置压缩级别为6,指定了多种需要压缩的MIME类型,设置了最小压缩大小为1000字节,并启用了静态Brotli文件支持。同时,它也启用了gzip压缩作为后备方案。


需要注意的是,虽然Brotli压缩可以提供更高的压缩比,但它也可能消耗更多的服务器资源。在实际应用中,建议进行充分的测试和性能监控,以确保Brotli压缩能够为你的网站带来实际的性能提升。


3.4 其他相关配置

除了前面提到的主要压缩配置外,Nginx还提供了一些辅助性的压缩相关配置,这些配置可以帮助我们更精细地控制压缩行为,优化网站性能。

3.4.1 gzip_proxied指令

首先,我们来看gzip_proxied指令。这个指令用于控制对代理请求的压缩行为。它可以在httpserverlocation上下文中使用。gzip_proxied指令的语法如下:

gzip_proxied off | expired | no-cache | no-store | private | no_last_modified | no_etag | auth | any ...;

这个指令允许我们根据代理请求的特定条件来决定是否进行压缩。例如,如果我们设置为"any",那么Nginx将对所有代理请求进行压缩:

3.4.2 gzip_vary指令

对于动态内容,我们可能希望在代理服务器上进行压缩,而不是在后端服务器上。这时可以使用gzip_proxied指令结合proxy_pass指令来实现。例如:

location /api/ {
    proxy_pass http://backend;
    gzip_proxied any;
    gzip on;
    gzip_types application/json;
}

在这个配置中,Nginx会对从后端服务器接收到的JSON响应进行gzip压缩,然后再发送给客户端。

3.4.3 gzip_http_version指令

对于动态内容,我们可能希望在代理服务器上进行压缩,而不是在后端服务器上。这时可以使用gzip_proxied指令结合proxy_pass指令来实现。例如:

location /api/ {
    proxy_pass http://backend;
    gzip_proxied any;
    gzip on;
    gzip_types application/json;
}

在这个配置中,Nginx会对从后端服务器接收到的JSON响应进行gzip压缩,然后再发送给客户端。

3.4.4 gzip_disable指令

对于动态内容,我们可能希望在代理服务器上进行压缩,而不是在后端服务器上。这时可以使用gzip_proxied指令结合proxy_pass指令来实现。例如:

location /api/ {
    proxy_pass http://backend;
    gzip_proxied any;
    gzip on;
    gzip_types application/json;
}

在这个配置中,Nginx会对从后端服务器接收到的JSON响应进行gzip压缩,然后再发送给客户端。

3.4.5 代理服务器压缩配置

对于动态内容,我们可能希望在代理服务器上进行压缩,而不是在后端服务器上。这时可以使用gzip_proxied指令结合proxy_pass指令来实现。例如:

location /api/ {
    proxy_pass http://backend;
    gzip_proxied any;
    gzip on;
    gzip_types application/json;
}

在这个配置中,Nginx会对从后端服务器接收到的JSON响应进行gzip压缩,然后再发送给客户端。

3.4.6 gunzip指令

最后,值得一提的是gunzip指令。这个指令允许Nginx对压缩的请求体进行解压。这在某些情况下很有用,比如当我们需要检查或修改客户端发送的压缩数据时。启用gunzip的配置如下:

gunzip on;

这些辅助性的压缩配置为我们提供了更多的灵活性和控制力。通过合理使用这些指令,我们可以根据具体的应用场景和需求,更精细地调整Nginx的压缩行为,从而在性能、资源利用和兼容性之间取得更好的平衡。


在实际应用中,这些配置往往需要结合网站的具体情况进行调整和优化。例如,对于高流量的网站,可能需要更谨慎地使用压缩,以避免CPU负载过高。而对于内容主要是文本的网站,则可以更积极地使用压缩来节省带宽。无论如何,在应用这些配置时,都应该进行充分的测试和监控,以确保它们能够为网站带来实际的性能提升。

运维系列.Nginx中使用HTTP压缩功能(二):https://developer.aliyun.com/article/1582106

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