OpenResty简介及原理

背景

Nginx有很多的特性和好处，但是在Nginx上开发成了一个难题,Nginx模块需要用C开发，而且必须符合一系列复杂的规则，最重要的用C开发模块必须要熟悉Nginx的源代码，使得开发者对其望而生畏。为了开发人员方便，所以有了一种整合了Nginx和lua的框架，那就是OpenResty，它帮我们实现了可以用lua的规范开发，随着系统架构的不断升级、优化，OpenResty在被广泛的应用。

2.OpenResty概念

OpenResty(又称：ngx_openresty)是一个基于Nginx的可伸缩的Web平台，由中国人章亦春发起，提供了很多高质量的第三方模块。

OpenResty是一个强大的Web应用服务器，Web开发人员可以使用lua脚本语言调动Nginx支持的各种C以及Lua模块，更主要的是在性能方面，OpenResty可以快速的构造出足以胜任10K以上的并发连接响应的超高性能的Web应用系统。

二.OpenResty的运行原理

Nginx 采用的是 master-worker 模型，一个 master 进程管理多个 worker 进程，基本的事件处理都是放在 woker 中，master 负责一些全局初始化，以及对 worker 的管理。

OpenResty中，每个worker进程使用一个LuaVM，当请求被分配到worker时，将在这个LuaVM中创建一个coroutine协程，协程之间数据隔离，每个协程都具有独立的全局变量。

协程和多线程下的线程类似：有自己的堆栈，自己的局部变量，有自己的指令指针，但是和其他协程程序共享全局变量等信息。线程和协程的主要不同在于：多处理器的情况下，概念上来说多线程是同时运行多个线程，而协程是通过代码来完成协程的切换，任何时刻只有一个协程程序在运行。并且这个在运行的协程只有明确被要求挂起时才会被挂起
OpenResty处理请求流程
Nginx会把一个请求分成不同阶段，第三方模块可以根据自己的行为，挂在到不同阶段中以达到自身目的。OpenResty采用了同样的特性，不同阶段有着不同的处理行为。

三.OpenResty的优势

首先我们选择使用OpenResty，其是由Nginx核心加很多第三方模块组成，其最大的亮点是默认集成了Lua开发环境，使得Nginx可以作为一个Web Server使用。
借助于Nginx的事件驱动模型和非阻塞IO，可以实现高性能的Web应用程序。
OpenResty提供了大量组件如Mysql、Redis、Memcached等等，使在Nginx上开发Web应用更方便更简单。目前在京东如实时价格、秒杀、动态服务、单品页、列表页等都在使用Nginx+Lua架构，其他公司如淘宝、去哪儿网等。

四.OpenResty的nginx架构的特点

Nginx采用多进程模式，对于每个worker进程都是独立的，因此不需要加锁，所以节省了锁带来的性能开销。采用独立的进程的好处在于worker进程之间相互不会影响，当一个进程退出后，其他进程依然工作，以保证服务不会终端。
Nginx采用异步非堵塞的方式去处理请求，异步非堵塞就是当一个线程调用出现阻塞而等待时，其他线程可以去处理其他任务。

多阶段处理

基于 Nginx 使用的多模块设计思想，Nginx 将HTTP请求的处理过程划分为多个阶段。这样可以使一个HTTP请求的处理过程由很多模块参与处理，每个模块只专注于一个独立而简单的功能处理，可以使性能更好、更稳定，同时拥有更好的扩展性。

OpenResty在HTTP处理阶段基础上分别在Rewrite/Access阶段、Content阶段、Log阶段注册了自己的handler，加上系统初始阶段master的两个阶段，共11个阶段为Lua脚本提供处理介入的能力。下图描述了OpenResty可以使用的主要阶段：

OpenResty将我们编写的Lua代码挂载到不同阶段进行处理，每个阶段分工明确，代码独立。

init_by_lua*：Master进程加载 Nginx 配置文件时运行，一般用来注册全局变量或者预加载Lua模块。

init_worker_by_lua*：每个worker进程启动时执行，通常用于定时拉取配置/数据或者进行后端服务的健康检查。

set_by_lua*：变量初始化。

rewrite_by_lua*:可以实现复杂的转发、重定向逻辑。

access_by_lua*:IP准入、接口权限等情况集中处理。

content_by_lua*:内容处理器，接收请求处理并输出响应。

header_filter_by_lua*:响应头部或者cookie处理。

body_filter_by_lua*:对响应数据进行过滤，如截断或者替换。

log_by_lua*:会话完成后，本地异步完成日志记录。

五.Lua及其ngx_lua简介

1.Lua

Lua 是一个小巧的脚本语言。作者是巴西人。该语言的设计目的是为了嵌入应用程序中，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能
Lua的特点：
Lua脚本可以很容易的被C/C++代码调用，也可以反过来调用C/C++的函数，这使得Lua在应用程序中可以被广泛应用。不仅仅作为扩展脚本，也可以作为普通的配置文件，代替XML,Ini等文件格式，并且更容易理解和维护。
Lua由标准C编写而成，代码简洁优美，几乎在所有操作系统和平台上都可以编译，运行。一个完整的Lua解释器不过200k，在目前所有脚本引擎中，Lua的速度是最快的。这一切都决定了Lua是作为嵌入式脚本的最佳选择。

2.ngx_lua

ngx_lua是将Lua嵌入Nginx，让Nginx执行Lua脚本，并且高并发、非阻塞的处理各种请求。Lua内建协程，可以很好的将异步回调转换成顺序调用的形式。ngx_lua在Lua中进行的IO操作都会委托给Nginx的事件模型，从而实现非阻塞调用。开发者可以采用串行的方式编写程序，ngx_lua会自动的在进行阻塞的IO操作中终端，保存上下文，然后将IO操作委托给Nginx事件处理机制，在IO操作完成后，ngx_lua会恢复上下文，程序继续执行，这些操作都是对用户程序透明的。
每个Nginx的worker进程持有一个Lua解释器或LuaJIT实例，被这个worker处理的所有请求共享这个实例。每个请求的context上下文会被Lua轻量级的协程分隔，从而保证各个请求时独立的。

3.ngx_lua模块的原理

每个工作进程worker创建一个Lua虚拟机（LuaVM）,工作进程worker内部协议共享VM。
每个Nginx I/O原语封装后注入Lua虚拟机，并允许Lua代码直接访问。
每个外部请求都由一个Lua协程处理，协程之间数据隔离
Lua代码调用I/O操作等异步时，会挂起当前协程，而不阻塞工作机进程。
I/O等异步操作完成时，还原相关协程相关协议的上下文，并继续运行。

https://blog.csdn.net/even160941/article/details/97308725

参考文献及资料

1、OpenResty 作者章亦春访谈实录，链接：https://www.cnblogs.com/zampo/p/4269147.html

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