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2020 年秋季 NGINX Unit 更新

发表于2021-03-04 16:15

来自 F5 的 Artem Konev | 2020 年 12 月 16 日

距离上次更新已经有一段时间了，但在这期间我们也没有闲着。在今天的这篇博文中，我们将会介绍今年秋季推出的 NGINX Unit 的主要特性。如果您没有时间阅读全文，就请看这里的要点汇总：现在，您可以运行 ASGI 应用，使用多线程应用请求处理，并在配置中使用正则表达式！接下来，让我们按惯例回顾下 NGINX Unit 1.19.0至 1.21.0 的新增特性。

Python：ASGI 支持

第一个重大升级是异步服务器网关接口 (ASGI)，这是一个相对较新的编程接口，旨在让使用 Python 异步功能的服务器、框架和应用实现一致性和统一性。

该接口被视为广为使用的 WSGI 的继任者。但是，与 HTTP 特定的 WSGI 不同，ASGI 与协议无关。例如，它支持 WebSocket 应用同基于 HTTP 的应用一样顺畅运行，下文对此进行了详细介绍。

NGINX Unit 自 1.20.0 版开始采用 ASGI，并开始支持 ASGI 3.0。如要使用 ASGI，请将 NGINX Unit 指向 Python 应用模块中与 ASGI 兼容的可调用对象。

NGINX Unit 1.21.0 刚推出不久，将支持扩展到了依赖于双可调用对象机制的传统 ASGI 实施。尽管两个版本的接口之间存在差异，但配置 JSON 相同。对于有两个可调用对象的传统 ASGI，您需要在配置中引用第一个单参数可调用对象。‑这可通过从可调用签名中推断接口版本（WSGI、ASGI 2.0、ASGI 3.0）来实现。如果推断失败，则可以使用新的protocol选项来暗示预期结果，该方法在应用因使用某些复杂的 ASGI 实施逻辑而干扰 NGINX Unit 的尝试时特别有用：

接下来，我们不会深入探讨 ASGI 的细节，而是会介绍一款紧凑的 Python Web 应用，该应用会针对 URL 的 JSON 数组，返回响应代码的 JSON 数组：

该应用使用asyncio和aiohttp模块，前者是 Python 标准库的一部分，而后者则在前者的基础上提供异步 HTTP 功能。现在，我们将该模块插入 NGINX Unit，看看会发生什么：

到目前为止，一切都很顺利。下面是测试运行代码：

在上文中，我们提到了 ASGI 的协议无关性。ASGI 规范提供了有关 WebSocket 连接范围的详细信息，可用于实施 WebSocket-over-ASGI方法。现在，我们使用 Apache Tomcat WebSocket 示例中的在线聊天简明版进行下说明：

即使省去所有无关内容，仍说来话长，因此我们就简单介绍下它的功能：

脚本同时包含了 ASGI 服务器的 Python 代码和客户端页面的 JavaScript/HTML 代码。
ASGI 服务器具有两个 ASGI 连接范围：http和 websocket。当您通过 HTTP 连接时，客户端页面由应用本身提供服务，这符合我们在此的目的。但通常来说，最好使用 NGINX Unit 的共享选项提供静态内容，因为这样就无需调用应用了。
客户端代码会与服务器建立 WebSocket 连接，并运行各种消息传递事件循环，显示其从服务器接收到的更新。
服务器代码的 WebSocket 部分接受新连接，向现有用户广播新用户通知，并接收用户消息，然后将其广播给所有用户。

最后，我们来看一下情况如何：

显然，两者都运行良好。（莎士比亚爱好者们可能会将两者看作埃尔西诺城堡的哨兵，他们手持《哈姆雷特》，说道“异步还是同步？这都不是问题。”）

Java、Perl、Python、Ruby：多线程请求处理

NGINX Unit 的另一项重大增强是支持扩展应用线程，而不仅仅是进程。借助 NGINX Unit 1.21.0，您可以通过在应用进程中运行多线程实例来微调语言运行时的性能。到目前为止，该机制仅适用于 Java、Perl、Python 和 Ruby，尚不支持其他语言。

应用进程的线程行为由应用特定的threads配置选项控制：

该选项可设置每个应用进程的 worker 线程数，因此上述配置总共会产生 2×6 = 12 个线程，并且每条线程都是异步工作。请注意，NGINX Unit 不会自动扩展线程数（但会自动扩展应用进程）。您设置的值在进程的整个生命周期内都将保持不变。

另一个名为 thread_stack_size的自定义设置适用于 Java、Perl 和 Python；顾名思义，它设置应用线程堆栈的大小（以字节为单位）。

面向路由的 PCRE 正则表达式

NGINX Unit 1.21.0引入了我们期待已久的特性 - 正则表达式 (regex)。目前，正则表达式仅适用于最需要的地方：路由。别忘了，路由引导请求通过每个步骤，后者由可选的匹配条件和相应操作构成。对此，正则表达式可助以一臂之力。

NGINX Unit 以前仅支持少量必要的通配符和匹配修饰符，但这已成为过去。现在，您可以在 NGINX Unit 提供的请求属性上充分利用正则表达式，但 source、destination和 scheme除外。最后一个属性只能进行两种设置：http和 https，因此不需要正则表达式支持。前两个属性基于 IP 地址，因此人们很难想到使用正则表达式。

现在，让我们看一下，正则表达式可如何帮助您简化 NGINX Unit 配置。请看以下示例：

这段代码摘自在 NGINX Unit 1.21.0 推出之前的真实应用配置。其中大部分代码都能通过字面意思理解：如果请求 URI 与这些模式匹配（少数例外前面添加感叹号），则返回 403 响应代码。简单吗？简单，但极其繁琐，且难以控制。
使用正则表达式的路由也可实现相同目标，步骤如下所示：
可以看到，正则表达式让匹配规则变得更加紧凑。此外，您还可以适时将该方法与 glob 模式结合使用（例如此处的"!/data/webdot/*.png"模式）。‑

简单介绍一下正则表达式语法：实际上，NGINX Unit 通过 Perl 兼容正则表达式 (PCRE) 实施正则表达式（除非您修改了编译选项），从而建立语法。但是，这些模式是用 JSON 字符串编写的，因此必须正确地将其转义（请注意上面示例中的双反斜杠）。还请注意，属性值在匹配之前已被标准化：NGINX Unit 插入百分比编码的字符、调整大小写、合并斜杠等。

其他改进功能

NGINX Unit 的进程隔离特性支持您使用 rootfs选项更改文件系统根。为了确保在文件系统根更改后，其应用仍可正常运行，默认情况下会自动挂载多个目录，其中包括应用语言运行时依赖项，例如 Python 的 sys.path目录，以及 procfs和tmpfs目录。

如果被隔离的应用不需要此操作，则可以使用新的automount选项禁用这些挂载点：

PHP：支持`fastcgi_finish_request()`

NGINX Unit 1.21.0还新增了对 PHP fastcgi_finish_request()函数的支持。它通过刷新响应数据并最终确定响应，之后再继续执行可能需要一段时间但不产生任何输出的任务，实现 PHP 异步处理：

在此处，fastcgi_finish_request()调用紧跟用户可见的响应，并在可能耗时的调用之前完成响应；因此，我们无需等待连接即可通知用户。

HTTP 标头可包含扩展字符

考虑到安全性，NGINX Unit 以前限制有效的 HTTP 请求标头字段只能使用字母数字字符组和连字符，最终证明，这种限制会干扰少数依赖非常规标头字段名称的应用。在 NGINX Unit 1.21.0中，此行为由名为discard_unsafe_fields的新配置选项控制。默认情况下，该选项被设置为 true，这样，NGINX Unit 就可以像从前一样从请求中删除此类标头字段，不过您也可以禁用该选项，如下所示：

Python：全新可调用对象`选项`

Python 应用的全新callable选项明确指定了要启动的可调用对象。以前，NGINX Unit 要求必须将可调用对象命名为application；对于某些用户来说，这并非易事，尤其是在涉及第三方应用时。从 NGINX Unit 1.20.0开始，您可以指定其他名称（在本示例中为 app）。如果可调用对象名为application，则可以忽略callable选项。

面向侦听器和路由过程的配置变量

NGINX Unit 1.19.0对请求路由机制做了微小的调整，但效果十分明显：现在，可以使用配置变量定义侦听器或路由过程。目前，共有三个变量：$host、$method和 $uri。见名知意，这里就不介绍它们各自的含义了，我们重点讨论下它们如何影响 NGINX Unit 的路由机制。
目前，变量只能出现在 pass目的地。在运行时，NGINX Unit 分别用标准化的 Host标头字段、HTTP 方法名称和 URI 进行替换，从而实现简单而通用的路由方案。为方便理解，我们现在举例说明一下。该示例配置依赖$host变量（从传入请求填充）实施一个可选择本地查询 (localhost) 或远程 (www.example.com) 查询的简单而通用的路由方案：