Nginx是著名的Web服务器,性能优异,运行效率远超传统的Apache、Tomcat,广泛应用于国内外诸多顶级互联网公司。
Nginx的一个突出特点是其灵活优秀的模块化架构,可以在不修改核心的前提下增加任意功能,自2004年发布至今,已经拥有百余个官方及非官方的功能模块(如proxy、mysql、redis、rtmp、lua等),使得Nginx成长为了一个近乎“全能”的服务器软件。
Nginx功能强大,架构复杂,学习、维护和开发的门槛较高。为了帮助读者跨越这一障碍,《Nginx完全开发指南:使用C、C++和OpenResty》深入最新的Nginx源码(Stable 1.12.0),详细剖析了模块体系、动态插件、功能框架、进程模型、事件驱动、线程池、TCP/UDP/HTTP处理等Nginx核心运行机制,在此基础上讲解如何使用C、C++、Lua、nginScript等语言来增强扩展Nginx,让任何人都能够便捷、轻松地开发和定制Nginx,进而应用到自己的实际工作中,创造出更多的价值。
《Nginx完全开发指南:使用C、C++和OpenResty》结构严谨、脉络清晰、论述精确、详略得当、图文并茂,值得广大软件开发工程师、系统运维工程师和编程爱好者拥有。
现在市面上的nginx书籍大多数流于表面,主要讲述nginx的安装、配置、维护等浅层次知识,内容雷同的很多。本书特点之一是深入nginx源码内部,专注讲解开发实现nginx模块,技术含量高,特点之二是使用C++和Lua语言,这是目前市场上的空白,尚无任何书籍讲解使用C++、Lua来开发nginx。
罗剑锋(网名Chrono)1996年就读于东北财经大学;1997年开始接触C/C++;1998年参加计算机软件专业技术资格和水平考试,获高级程序员资质;2003年毕业于北京理工大学,获计算机专业硕士学位。主要研究方向为C/C++、设计模式、高性能网络服务器开发,业余爱好是阅读、旅游、欣赏音乐和电影。
缘起
最早接触Nginx大概是在2011年,面对着一个全新的Web服务器,和大多数人一样最初我也是一片茫然,能找到的参考资料十分有限,安装、配置、运行几乎都是“摸着石头过河”,犯过许多低级错误。
随着对Nginx逐渐熟悉,它的高并发处理能力给我留下了深刻的印象,作为一个开源软件的爱好者,很自然地想要探究一下它的内部工作原理。我由此开始了对Nginx源码的钻研之路,中间经过了很多的艰辛曲折,走过不少的弯路。
我最常用的工作语言是C++,所以在阅读Nginx源码时也总以C++的面向对象方式来思考和理解,以对象作为切入点记笔记、画UML:从最简单的ngx_str_t、ngx_array_t入手,然后到ngx_request_t、ngx_upstream_t等复杂的结构,再围绕着这些对象研究相关的功能函数和处理流程,梳理代码逻辑的同时也摸索着使用C++编写Nginx模块的方法,逐渐积累了一些用起来颇为顺手的小工具——当然还是比较初级的形式。
三年多前,我被调到了新的工作岗位,需要重度使用Nginx开发,这让我以前的零散积累终于有了用武之地。那段时间里使用C/C++陆续做了很多东西,也借着机会重新优化了原有的工具代码。
繁忙的工作之余,我有了种进一步整理经验的迫切感,因为只有系统完整地分享这些知识,才能让更多的人基于Nginx二次开发,让Nginx更好地为网络世界服务。
同一时间,市面上也出现了一些Nginx开发相关的资料、书籍,但在我看来却有“粗制滥造”之嫌:行文混乱,“车轱辘话”“口头禅”满天飞,甚至大段照抄指令说明,还有对源码的曲解,未免有点儿“误人子弟”,读起来实在是难受。终于,在“忍无可忍”的心态之下,我动起了写作本书的念头。
经过近一年的努力,现在这本书终于呈现在了读者面前,结构上基本反映了我学习研究Nginx时的心路历程,从最初的“一无所知”起步,逐渐深入到定制开发的层次,希望能与读者“心有戚戚焉”。
Nginx随感
毫无疑问,Nginx是目前这个星球上所能获得的最强劲的Web服务器(没有之一),同时也是目前最成熟、最优秀的TCP/HTTP服务器开发框架。
Nginx资源消耗低,并发处理性能高,配置灵活,能够连接CGI、PHP、MySQL、Memcached等多种后端,还有着出色的负载均衡能力,可以整合封装各种service,构建稳定高效的服务。如今Nginx已经成为了网站架构里不可或缺的关键组件,广泛应用于国内外许多大型IT企业。每一个繁忙的网站背后,可能都有Nginx默默工作的身影。
在Nginx出现之前,使用C/C++开发Web服务器是项比较“痛苦”的工作,虽然有很多网络程序库可以使用(例如asio、libevent、thrift等),但它们通常只关注较底层的基础功能实现,离成熟的“框架”相距甚远,不仅开发过程烦琐低效,而且程序员还必须要处理配置管理、进程间通信、协议解析等许多Web服务之外的其他事情,才能开发出一个较为完善的服务器程序。但即使开发出了这样的服务器,通常性能上也很难得到保证,会受到程序库和开发者水平等因素的限制——很长一段时间里,C/C++在Web服务器领域都没有大展拳脚的机会。
Nginx的横空出世为Web服务器开辟了一个崭新的天地,它搭建了一个高性能的服务器开发框架,而且是一个完整的、全功能的服务器。模块化的架构设计很好地分离了底层支撑模块和上层逻辑模块,底层模块处理了配置、并发等服务器的外围功能,核心支撑模块定义了主体的TCP/HTTP处理框架。开发者可以把大部分精力集中在上层的业务功能实现上,再也不必去为其他杂事而分心,提高了软件的开发效率。
在Nginx框架里,C/C++程序员可以尽情发挥自己的专长,充分利用Nginx无阻塞处理的优势,打造出高质量的Web应用服务器,与其他系统一较高下。
Nginx和C/C++
Igor Sysoev选择用C语言(准确地说是ANSI C)来实现Nginx肯定是经过了认真的考虑。
作为与UNIX一同诞生的编程语言,C语言一直是系统级编程的首选。和其他高级语言相比,它简单可靠,更接近计算机底层硬件,运行效率更高。指针更是C语言的一大特色,善用指针能够完成许多其他语言无法完成的工作。
以C语言实现的Nginx没有“虚拟机”的成本,省略了不必要的中间环节,直接操纵计算机硬件,从根本上提高了Web服务器的处理能力。虽然C语言不直接支持面向对象,但Nginx灵活运用了指针,采用结构体+函数指针的形式,达到了同样的效果,从而使软件拥有了良好的结构。
C++是仅次于C的系统级编程语言,在兼容C的同时又增加了类、异常、模板等新特性,还支持面向对象、泛型、函数式、模板元等多种编程范式,可以说是计算机语言里的一个“庞然大物”。C++的特性很多,有的也很好用,但总体上的确比较复杂,易学难精,容易被误用和滥用,导致低效、难维护的代码,我想这可能是Igor Sysoev放弃使用C++的一个重要原因。
另一个可能的原因是C语言本身已经非常稳定,几十年来没有太大的变动,在各个系统里都支持得非常好。而C++在1998年才有了第一个标准,并且现在还在发展之中,语言特性还不够稳定(例如export、register等曾经的关键字在C++11里就已经被废弃),许多编译器对C++的支持程度也有差异,这与Nginx的高可移植性目标明显不符。
但C++毕竟还是有很多的优点,类可以更好地封装信息、异常简化了错误处理、模板能够在编译期执行类型计算。在C++11标准颁布之后,C++更是几乎变成了一门“全新”的语言,auto/decltype/nullptr/noexcept等新关键字增强了语言的描述能力,标准库也扩充了相当多的组件,易用性和稳定性都大大提升。
在Nginx里使用C++时要对C++的长处和不足有清醒的认识,避免多层次继承、虚函数等影响效率的编程范式,只使用经过充分验证的、能够切实提高开发效率和性能的语言特性和库,避免华而不实的技术炫耀,尽量做到像Nginx源码那样质朴踏实。只有这样,才能够发挥出1+1>2的作用,让Nginx从C++中得到更进一步的发展动力。
Nginx和OpenResty
多年以前Nginx开发使用的语言只能是C和C++,而现在,越来越多的开发者逐渐转向了OpenResty,使Lua搭建高并发、高性能、高扩展性的Web Server。
我接触OpenResty的时间并不算很长,大约在四年左右。由于C/C++程序员“天生的傲慢”,一开始对OpenResty确实有点儿“抵触情绪”,总觉得脚本程序比不上C/C++实现。然而随着使用的增多,特别是在研究了它的源码之后,我不得不感慨OpenResty的精致、完美和强大,简直是所有Nginx开发者“梦寐以求的至宝”。
由于agentzh对Nginx的运行机制了如指掌,OpenResty的核心部分——ngx_lua一个模块就涵盖了access/rewrite/content/log等多个处理阶段,再搭配上小巧灵活的Lua和高效的LuaJIT,我们就能够在更高级的业务层次上使用“胶水”代码来调用组合Nginx底层功能,轻松开发出丰富Web服务,极大地节约了宝贵的时间和精力。
当然,OpenResty并不只有ngx_lua,围绕着ngx_lua还有众多的库和辅助工具,构成了一个相当完善的生态环境,这些组件相互支撑,利用得当可以更好地提高生产效率。
OpenResty现在正处于蓬勃发展的阶段,今后的OpenResty也许不仅限于Nginx和Web Server,而将成为一个更通用的开发平台,工作语言也不仅限于Lua,可能还会有其他新的语言(例如agentzh正在做的edgelang和fanlang),让我们拭目以待。
致谢
首先当然要感谢Nginx的作者Igor Sysoev,没有他就不会有如此优秀的Web服务器,也就不会有本书的诞生。
OpenResty创始人章亦春(agentzh)是一位非常亲切随和的人,在Nginx、DSL、Dynamic Tracing等领域造诣极高,本书部分章节有幸经他审阅,在此表示最诚挚的谢意。
亲情永远是人生命中最值得珍惜的部分,我要感谢父母多年来的养育之恩和“后勤”工作,感谢妻子在生活中的陪伴,感谢两个可爱的女儿,愿你们能够永远幸福快乐。
最后,我也要感谢读者选择本书,希望读者能够在阅读过程中有所收获,在Nginx开发过程中获得乐趣。
您的朋友 罗剑锋
2017年4月28日于北京亚运村