具体描述
内容简介
本书围绕Nginx下Lua开发语言、Nginx核心工作机制、Nginx配置方法、核心数据组件和配置及API指令进行详细讲解。本书主要分五部分:第壹部分介绍Nginx的基本操作,同时讲解了MySQL、PostgreSQL、Redis、Memcached、MongoDB、OpenResty的基本操作。第二部分详细讲解了Lua脚本语言和Lua通用库。第三部分讲解了在Nginx开发中经常使用到的一些技术,如:JSON数据交换格式、nginx.conf配置方法和配置指令;还讲解了Nginx下Lua开发的实现机制。第四部分详细介绍了常用Lua库和数据库等组件的使用方法,包括:Redis、MySQL、Memcached、PostgreSQL、MongoDB、Bit、lfs、restry.http、lcurl、FFI、cjson、Template、WebSocket。第五部分详细介绍了ngx_lua的配置指令和ngx_luaAPI,目的是帮助读者在工作中快速检索配置指令和API。 目录
Contents?目 录
前言
第一部分 Nginx操作基础
第1章 Nginx高效服务器 2
1.1 Nginx的特点 2
1.2 Nginx的安装 3
1.3 configure命令参数 7
1.4 小结 12
第2章 数据库的基本操作 13
2.1 Nginx应用中的数据库 13
2.2 MySQL关系型数据库 15
2.2.1 yum安装方法 16
2.2.2 使用mysql测试服务 18
2.2.3 MySQL文件分布 19
2.2.4 数据库操作 19
2.3 Redis内存数据库 22
2.3.1 Redis安装 22
2.3.2 启动Redis服务 23
2.3.3 Redis 配置 23
2.3.4 参数说明 26
2.3.5 数据类型 29
2.4 PostgreSQL关系型数据库 31
2.5 Memcached内存数据库 33
2.5.1 Memcached安装 34
2.5.2 连接编辑 34
2.5.3 管理Memcached服务 35
2.5.4 Memcached命令 37
2.6 MongoDB分布式NoSQL数据库 42
2.6.1 MongoDB安装 43
2.6.2 mongod.conf配置说明 45
2.7 小结 48
第3章 OpenResty 49
3.1 OpenResty:概述 49
3.2 OpenResty的组成 50
3.3 OpenResty的安装 52
3.4 Nginx多实例 54
3.5 小结 54
第4章 Nginx核心技术 55
4.1 Nginx设计目标 55
4.2 Nginx架构 57
4.2.1 事件驱动 57
4.2.2 异步多阶段处理 59
4.2.3 模块化设计 61
4.2.4 管理进程、工作进程设计 63
4.2.5 内存池 65
4.2.6 连接池 66
4.2.7 时间缓存 66
4.2.8 延迟关闭 67
4.2.9 跨平台 67
4.2.10 HTTP模块管道过滤模式 67
4.2.11 keepalive 68
4.2.12 pipeline 69
4.3 小结 69
第5章 Nginx的工作流程 70
5.1 Nginx的启动流程 70
5.2 管理进程的工作流程 72
5.3 工作进程的工作流程 75
5.4 配置加载流程 76
5.5 HTTP框架初始化流程 79
5.6 HTTP模块调用流程 81
5.7 HTTP请求处理流程 82
5.8 小结 83
第二部分 Lua脚本语言
第6章 Lua教程 86
6.1 Lua基础 86
6.1.1 Lua的特性 86
6.1.2 Lua的应用场景 87
6.1.3 安装Lua环境 87
6.2 Lua基本语法 88
6.2.1 第一个Lua程序 88
6.2.2 注释 89
6.2.3 标识符 90
6.2.4 关键词 90
6.2.5 全局变量 90
6.3 Lua的数据类型 90
6.4 Lua变量 96
6.4.1 赋值语句 96
6.4.2 索引 97
6.5 Lua循环 98
6.6 Lua流程控制 98
6.7 Lua函数 99
6.7.1 函数的定义 99
6.7.2 多返回值 100
6.7.3 可变参数 101
6.8 Lua运算符 101
6.8.1 算术运算符 102
6.8.2 关系运算符 102
6.8.3 逻辑运算符 103
6.8.4 其他运算符 104
6.8.5 运算符的优先级 105
6.9 Lua字符串 106
6.10 Lua数组 107
6.10.1 一维数组 107
6.10.2 多维数组 108
6.11 Lua迭代器 109
6.11.1 泛型for迭代器 109
6.11.2 无状态的迭代器 110
6.11.3 多状态的迭代器 111
6.12 Lua表 112
6.13 Lua模块与包 113
6.13.1 require函数 114
6.13.2 加载机制 115
6.13.3 C包 115
6.14 Lua元表 116
6.14.1 _index元方法 117
6.14.2 _newindex元方法 118
6.14.3 为表添加运算符 119
6.14.4 _call元方法 119
6.14.5 _tostring元方法 120
6.15 Lua协同程序 121
6.15.1 基本语法 121
6.15.2 生产者–消费者问题 124
6.16 Lua错误处理 125
6.16.1 语法错误 125
6.16.2 运行错误 125
6.16.3 错误处理 126
6.16.4 error函数 126
6.16.5 pcall、xpcall、debug 127
6.17 Lua调试 128
6.18 Lua垃圾回收 130
6.19 Lua面向对象 131
6.19.1 Lua中面向对象 132
6.19.2 Lua继承 134
6.20 Lua数据库访问 136
6.21 小结 137
第7章 Lua通用库 138
7.1 字符串库 138
7.2 表库 141
7.3 文件I/O库 143
7.3.1 简单模式 144
7.3.2 完全模式 145
7.3.3 其他方法 146
7.4 数学库 147
7.5 操作系统库 150
7.6 小结 151
第三部分 Nginx开发技术
第8章 JSON数据交换格式 154
8.1 什么是JSON 154
8.2 JSON转换为JavaScript对象 155
8.3 JSON与XML的比较 155
8.4 JSON语法规则 156
8.5 格式化 157
8.6 小结 158
第9章 nginx.conf文件配置 159
9.1 默认nginx.conf文件 159
9.2 nginx.conf示例 162
9.3 全局配置与顶层配置块 166
9.3.1 main全局配置 166
9.3.2 events配置块 170
9.3.3 http服务器配置块 172
9.3.4 ngx_http_core_module变量 194
9.3.5 stream 195
9.4 中文版nginx.conf 201
9.5 小结 204
第10章 Nginx下Lua实现机制 206
10.1 ngx_lua原理 206
10.2 HTTP请求的处理阶段 209
10.3 ngx_lua的处理阶段 210
10.4 Lua阶段解析 212
10.4.1 init_by_lua 212
10.4.2 init_worker_by_lua 213
10.4.3 set_by_lua 214
10.4.4 rewrite_by_lua 216
10.4.5 access_by_lua 217
10.4.6 content_by_lua 218
10.4.7 header_filter_by_lua 220
10.4.8 body_filter_by_lua 220
10.4.9 log_by_lua 220
10.4.10 balancer_b 前言/序言
Preface?前 言为什么写这本书在接手安防云任务之前,我做了近10年传统安防分布式平台的工作。安防云任务是基于云计算平台和P2P技术向用户提供SaaS服务。最初我的方案是将我们熟悉的分布式平台改造成云服务,进行互联网部署。
针对消费级摄像机的应用,我们对服务进行了裁剪,只留下几个服务器。但是需要几个资深的C++服务器开发工程师提供技术支持。后来,新来的架构师经过一段时间的消化后,提出了Nginx+Lua+Redis架构。他一个人只花费一个多月的时间就把业务服务写好了。这件事情让我感受到了Nginx+Lua的魅力。
Nginx+Lua架构带来的改变还远不止节约时间和成本。从做大型系统的角度来看,它还会带来更多的东西:
调试方便:因为它不需要编译代码,相关访问模块是成熟稳定的,只需要调试新加的业务代码即可。大型系统特别是分布式系统,调试一个功能或代码的链条太长了,非常容易出错。
降低耦合:因为架构的限制,代码只能在必需的阶段管理器中开发,代码是一个个.lua文件,耦合性大大降低。
框架良好:因为先进的异步式多进程架构,可以充分利用系统资源。如果自行开发并维护这样一个框架,需要大量的人力、物力。
上手容易:Lua代码良好的结构和可读性,使其上手速度更快。团队成员经过快速培训就可以上手。
在学习和使用ngx_lua的过程中我发现,网络上资料其实非常多,但是非常零散,没有整体性。虽然技术本身是很清晰和易用的,但是对于刚接触这门技术的开发者来说,想要有条理、系统地把这些知识学完,可能会走一些弯路。因为很多资料已经过时了,甄别和调试会耗费很多时间和精力,同时查阅英文文档也比较花时间。于是,我就有了把自己的学习过程和心得整理成书的想法。
随后的时间里,我将自己学习Nginx下Lua开发的思路,以及这个过程中的资料一点点总结出来加以整理,终成本书。希望本书可以帮助跟我有一样需求的研发工程师快速了解并掌握Nginx下Lua开发技术。
本书的主要内容和特色通常我们学习一门语言、一门技术的时候,都是这样一个过程:初学这项技术时,我们通常需要知道Lua语言的细节,需要知道Nginx的结构;当我们着手学习时,首先需要搭建一个学习环境,以便了解系统的结构和运行机制,同时用于编写测试代码;运行第一个测试代码的时候,需要对Nginx进行配置,但是并不熟悉Nginx的配置,对于nginx.conf里的内容比较头疼;等到我们掌握了这项开发技术,开始业务系统开发了,又往往需要针对具体问题查找配置指令的用法和参数,以及查阅API的详细用法。
所以,本书按照这样的不同需求,对Nginx下Lua开发技术的不同关注点做了描述。
Nginx的基本知识,包含Nginx的使用、配置、安装、技术架构、技术特点、主要工作流程等。
外围关系型数据库、NoSQL数据库、缓存等的使用范围、安装、使用方法、配置,如MySQL、PostgreSQL、MongoDB、Redis、Memcached。
Lua语法详解,包含Lua系统库。
Lua常用库,包含Redis、MySQL、Memcached、PostgreSQL、MongoDB、Bit、lfs、restry.http、lcurl、FFI、cjson、Template、WebSocket。
两个相对完整的Lua实例,结合实例以巩固涉及的知识点。
ngx_lua的配置指令和API,详细介绍了每一个官方指令和API。
我希望无论是对于Nginx Lua的初学者,还是对于经验丰富的开发者,都可以通过本书学到基础知识,找到常用库的API说明,而不用查阅其他资料及官方英文文档。
本书面向的读者本书适合初学Nginx下Lua开发的工程师使用。通过本书可以比较系统地学习Lua语言,学习框架下经常用到的各组件使用方法,学习Nginx下Lua程序开发;可以参照本书的内容搭建学习环境,逐一测试各组件访问代码,并可通过后面的例子编写自己的访问代码和访问库。
本书适合有经验的Nginx和Lua开发工程师使用。通过本书可以快速查阅相关数据库、缓存、库的使用方法;可以查阅Nginx配置指令;还可以查阅ngx_lua配置指令和API。
本书同样适合做服务器端开发的资深工程师使用。书中讲解了Nginx的核心架构和主要的工作流程,也讲解了Nginx为了提高性能和并发所使用的一些关键技术,这些技术和算法对我们开发自己的高性能服务器有重要指导意义。
如何阅读本书本书主要分五部分:
第一部分(第1~5章)介绍Nginx的基本操作,同时讲解了MySQL、PostgreSQL、Redis、Memcached、MongoDB、OpenResty的基本操作。通过对本部分的学习可以掌握这些服务的安装和使用方法,一般用于研发环境的搭建。这里还讲解了Nginx核心技术和工作流程,用于帮助读者进一步掌握Nginx的架构和流程。各个层次的读者都可以从本部分读起。
第二部分(第6~7章)详细讲解了Lua脚本语言和Lua通用库。学习Lua语言或查阅Lua语法的初学者可以直接阅读该部分相应章节。
第三部分(第8~10章)讲解了在Nginx开发中经常使用的一些技术,如JSON数据交换格式、nginx.conf配置方法和配置指令;还讲解了Nginx下Lua开发的实现机制。学习Nginx配置的读者,学习和查阅JSON的读者可以直接阅读该部分相应章节,也可以跳过其他章节,直接学习Nginx下Lua的实现机制。
第四部分(第11~26章)详细介绍了常用Lua库和数据库等组件的使用方法,包括Redis、MySQL、Memcached、PostgreSQL、MongoDB、Bit、lfs、restry.http、lcurl、FFI、cjson、Template、WebSocket。要了解和学习这些内容的读者,可以直接阅读对应章节。这里同时给出了两个Lua编程实例代码,要总体了解这项编程技术的读者可直接翻阅相应章节。
第五部分(第27~28章)详细介绍了ngx_lua的配置指令和ngx_lua API,目的是帮助读者在工作中快速检索配置指令和API。
勘误和资源由于时间有限,技术能力有限,虽然已经尽量客观,在写作过程中排除自己主观的内容,但难免有错误和不准确的地方,热忱希望你的批评和指正。
欢迎通过邮箱和我联系:13067722617@163.com。
致谢首先需要感谢我的太太一直以来对我的信任和支持,她是我一路走来的动力。写这本书的时候,九哥已经10岁了,他已经知道我在做什么了,他以我为荣,我也以他为傲。感谢我的丈人、丈母娘对我们的爱和一直以来的帮助。
写这本书的时候,我的父母又来到了我们的身边,为了和我们年轻人相处得更融洽,他们做出了巨大的改变。
最后要感谢出版社的杨福川和李艺,没有你们的努力是不会见到这本书的。感谢你们的支持和信任!
《云端微服务架构:高性能、高可用、可扩展的系统构建指南》 内容梗概 在当今瞬息万变的数字时代,构建稳定、高效且能够应对海量流量的分布式系统已成为企业生存和发展的关键。本书《云端微服务架构:高性能、高可用、可扩展的系统构建指南》并非一本关于具体技术工具的堆砌,而是深入探讨构建下一代分布式系统核心理念、设计原则与最佳实践的权威指南。它将带领读者穿越复杂的技术迷雾,直击现代云原生微服务架构的本质,从宏观的系统设计哲学,到微观的具体实现细节,为工程师、架构师以及技术决策者提供一套系统性、前瞻性的解决方案。 本书的核心目标是帮助读者理解如何设计、开发、部署和运维一个真正能够实现高性能、高可用和可扩展的微服务系统。我们将从微服务架构的起源和演进出发,探讨其相对于传统单体架构的优势与挑战,并深入剖析如何根据业务需求选择最适合的微服务拆分策略。随后,我们将聚焦于实现高性能的关键技术,包括但不限于异步通信模型、消息队列的深入应用、缓存策略的精细化设计以及高效的数据存储方案。 在构建高可用的系统方面,本书将重点阐述容错、降级、熔断、限流等一系列关键机制的原理与实践。读者将学习如何通过优雅的失败处理、服务治理以及自动化故障恢复来确保系统的持续可用性,即使在面对极端压力和突发故障时也能保持稳健运行。 对于系统的可扩展性,我们将深入研究水平扩展、弹性伸缩以及负载均衡的各种实现方式。从容器化部署(如Docker)到容器编排平台(如Kubernetes)的应用,再到服务网格(如Istio)的赋能,本书将全面展示如何构建一个能够随业务增长而动态调整资源、平滑应对流量波动的弹性系统。 更重要的是,本书将强调“可运维性”这一贯穿系统生命周期的重要环节。从全面的日志收集与分析、分布式链路追踪、性能监控与告警,到自动化部署、配置管理与持续集成/持续部署(CI/CD)流程的构建,都将作为实现高效系统运维的基石被详细阐述。 核心章节亮点 第一部分:微服务架构的基石与演进 导论:从单体到微服务的飞跃 深入分析单体架构的局限性,以及微服务架构诞生的背景和必然性。 探讨微服务架构的核心优势:独立部署、技术异构性、弹性伸缩、团队自治等。 审视微服务架构带来的挑战:服务治理、分布式事务、复杂性管理等。 微服务拆分的艺术:如何正确划分服务边界 讲解基于业务领域(DDD)的拆分方法,理解限界上下文(Bounded Context)的重要性。 介绍按功能、按资源、按业务流程等多种拆分策略,并分析其适用场景。 讨论如何处理服务间的依赖关系,以及拆分过程中的权衡与取舍。 通信模式的选择:同步、异步与事件驱动 详述RESTful API、gRPC等同步通信的优缺点,以及何时应使用它们。 深入理解消息队列(如Kafka, RabbitMQ, Pulsar)在实现异步通信中的关键作用,包括解耦、削峰填谷、顺序保证等。 探讨事件驱动架构(EDA)的模式,如事件溯源(Event Sourcing)和CQRS(Command Query Responsibility Segregation),以及它们如何构建响应式系统。 第二部分:高性能系统的构建之道 异步处理与并发模型:释放系统潜能 探索Java中的CompletableFuture、Kotlin协程、Node.js中的Promise/Async-Await等现代并发模型。 讲解Reactor模式、Proactor模式在高性能I/O处理中的应用。 分析线程池、协程池的配置与优化,以及如何避免线程饥饿和死锁。 精细化缓存策略:数据访问的加速器 深入剖析客户端缓存、CDN缓存、应用层缓存(如Guava Cache, Caffeine)、分布式缓存(如Redis, Memcached)的原理与适用场景。 讲解缓存一致性协议(如LRU, LFU, TTL),以及如何设计有效的缓存失效策略。 研究缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩等常见问题及其解决方案。 高效数据存储与访问:性能的基石 探讨关系型数据库(SQL)与NoSQL数据库(Key-Value, Document, Column-Family, Graph)的选择与优化。 讲解数据库索引的原理与优化技巧,以及查询性能的瓶颈分析。 研究数据库连接池、读写分离、分库分表等伸缩性与高性能数据存储方案。 第三部分:高可用系统的设计与实践 容错机制:优雅地处理失败 深入讲解断路器(Circuit Breaker)模式,如Hystrix, Resilience4j,如何防止故障蔓延。 探讨限流(Rate Limiting)与过载保护(Overload Protection)的技术,如Token Bucket, Leaky Bucket。 分析降级(Degradation)策略,如何在部分服务不可用时提供降级服务,保证核心功能可用。 服务治理与健康检查:保障服务的稳定运行 研究服务注册与发现机制(如Eureka, Consul, ZooKeeper),以及服务间的动态寻址。 讲解健康检查(Health Check)和心跳检测(Heartbeat Detection)的重要性,以及如何实现。 探讨服务的负载均衡策略(如轮询、加权轮询、最少连接),以分散流量,提高可用性。 分布式事务的挑战与解决方案 分析分布式事务的ACID特性在微服务架构下的冲突。 讲解两种模式:两阶段提交(2PC)与三阶段提交(3PC)的原理与局限。 深入研究补偿事务(Compensation Transaction)、Saga模式等柔性事务解决方案。 第四部分:可扩展系统的构建与运维 容器化与编排:基础设施的革新 详细介绍Docker的核心概念与实践,如何构建轻量级、可移植的容器镜像。 深入Kubernetes(K8s)的架构与核心组件(Pod, Service, Deployment, StatefulSet, DaemonSet)。 讲解K8s的自动伸缩(Horizontal Pod Autoscaler)、滚动更新(Rolling Update)等特性,实现弹性的资源管理。 服务网格:赋能服务间通信的强大能力 介绍服务网格(Service Mesh)的概念,如Istio, Linkerd,以及它带来的可视化、可控的服务治理能力。 讲解服务网格如何实现高级流量管理、安全性(mTLS)、可观测性等。 分析服务网格在复杂微服务系统中的部署与运维。 自动化部署与持续集成/持续部署(CI/CD) 讲解CI/CD流程的关键步骤:代码提交、自动化构建、自动化测试、自动化部署。 介绍Jenkins, GitLab CI, GitHub Actions等CI/CD工具的应用。 探讨基础设施即代码(IaC)的概念,如Terraform, Ansible,实现基础设施的自动化管理。 第五部分:可观测性与系统监控 日志聚合与分析:洞察系统运行状态 讲解ELK Stack(Elasticsearch, Logstash, Kibana)或Loki+Promtail+Grafana的日志收集、存储、查询与可视化。 探讨结构化日志的优点,以及如何设计有效的日志格式。 分析日志数据在故障排查、性能分析中的应用。 分布式链路追踪:解密请求的生命周期 深入理解OpenTracing, OpenTelemetry等标准。 介绍Jaeger, Zipkin等分布式追踪系统的原理与使用。 讲解如何通过追踪请求在服务间的调用链,快速定位性能瓶颈和故障源。 性能监控与告警:主动发现与解决问题 探讨Prometheus, Grafana等监控系统的搭建与配置。 讲解核心监控指标(Metrics),如请求延迟、吞吐量、错误率、资源利用率等。 研究告警策略的设计,以及如何构建有效的告警系统,实现主动响应。 目标读者 本书适合以下人群阅读: 后端开发工程师: 寻求提升系统设计与开发能力的开发者。 系统架构师: 希望设计、构建和优化复杂分布式系统的技术领导者。 DevOps工程师: 致力于提升系统运维效率和可靠性的技术人员。 技术管理者: 需要理解现代分布式系统架构,并做出技术决策的领导者。 对云原生技术感兴趣的学生和研究人员。 学习本书将获得的价值 通过学习本书,读者将能够: 系统性地掌握微服务架构的设计原则和核心技术。 深刻理解构建高性能、高可用、可扩展系统的关键因素。 掌握一系列实用的技术手段和工具,用于解决实际工程中的挑战。 提升从宏观架构设计到微观实现细节的全面能力。 为构建稳健、弹性、高效的云原生应用打下坚实基础。 《云端微服务架构:高性能、高可用、可扩展的系统构建指南》不仅是一本技术手册,更是一套思维框架。它将帮助您构建出能够应对未来挑战的卓越分布式系统,从而在激烈的市场竞争中脱颖而出。