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  • Nginx的Gzip功能

    什么是HTTP压缩

    有时候客户端和服务器之间会传输比较大的报文数据,这时候就占用较大的网络带宽和时长。为了节省带宽,加速报文的响应速速,可以将传输的报文数据先进行压缩,然后再进行传输。
    HTTP支持多种报文压缩算法,下面是一个普通的请求头,从Accept-Encoding字段可以看出支持gzip、deflate和br压缩算法。本文我们重点讲使用Gzip算法对报文进行压缩,比如Gzip来压缩HTML,Javascript, CSS文件,压缩完后能大大减少网络传输的数据量,提高了用户显示网页的速度。

    Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8
    Accept-Encoding: gzip, deflate, br
    Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
    Cache-Control: max-age=0
    Connection: keep-alive
    Host: localhost:8000
    If-Modified-Since: Tue, 21 Apr 2020 14:09:01 GMT
    If-None-Match: "5e9efe7d-264"
    Upgrade-Insecure-Requests: 1
    User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/71.0.3578.98 Safari/537.36
    

    任何技术都是双面的,HTTP压缩虽然能减少带宽占用加快响应速度,但是因为需要额外的压缩和解压的过程,所以会占用些客户端或服务器端的计算资源。

    了解HTTP的读者知道,可以对HTTP的报文体进行编码加密。其实HTTP压缩是一种特殊的编码方式,使用这种编码方式可以将报文大大减少,使用对应的解法方式又能还原最初的报文。(我们可以看出,其实压缩技术的本质就是一种编码方式)

    HTTP压缩的使用场景

    从上面对于HTTP压缩的介绍可以看出,这种技术是一种优化技术,常常用于压缩服务器端返回的报文以达到节省带宽加速响应的目的。

    下面简单介绍一个HTTP使用Gzip压缩的过程。

    • 浏览器发送Http request 给Web服务器, request 中有Accept-Encoding: gzip, deflate, br。 (告诉服务器,浏览器支持gzip压缩)

    • Web服务器接到request后, 先生成原始的Response, 其中有原始的Content-Type和Content-Length。

    • Web服务器通过Gzip,来对Response进行编码, 编码后header中有Content-Type和Content-Length(压缩后的大小), 并且增加了Content-Encoding:gzip. 然后把Response发送给浏览器。

    • 浏览器接到Response后,根据Content-Encoding:gzip来对Response进行解码。 获取到原始response后, 然后显示出网页。

    客户端也可以发送压缩数据给服务端,通过代码将请求数据解压即可,规范起见同样要在请求中加入Content-Encoding:gzip

    用Nginx实现HTTP压缩

    Nginx提供了对HTTP Gzip压缩的支持,这边我们就来看看适应Nginx怎么对返回报文进行压缩。

    Nginx中通过ngx_http_gzip_module模块、ngx_http_gzip_static_module模块和ngx_http_gunzip_module模块来对Gzip功能进行支持。一般情况下Nginx默认会编译
    这些模块,可以通过nginx -V命令看下你安装的nginx是否包含了这些模块。

    Gzip相关的指令可以在配置文件的http块、server块或者location块中

    ngx_http_gzip_module模块

    ngx_http_gzip_module模块主要负责Gzip功能的开启和设置,对响应数据进行在线实时压缩。该模块包含以下主要指令。

    # 开启或者关闭Gzip功能,默认情况下,该指令设置为off,即不启用Gzip功能。只有将该指令设置为on时,其他指令设置才有效
    gzip on | off
    
    # 设置Gzip压缩文件使用缓存空间的大小
    # 默认值是:gzip_buffers 32 4k|16 8k
    gzip_buffers number size;
    
    # 该指令用于设定Gzip压缩程度,包括级别1到级别9。
    # 级别1表示压缩程度最低,压缩效率最高;级别9表示压缩程度最高,压缩效率最低,最费时间。
    # 默认是1
    gzip_comp_level level
    
    # 针对不同种类客户端发起的请求,可以选择性地开启和关闭Gzip功能。
    # 支持正则表达式,其中,regex 根据客户端的浏览器标志(User-Agent,UA)进行设置。
    gzip_disable regex ...;
    
    # 该设置使用了正则表达式,其可以匹配UC字符串中包含MSIE 4、MSIE 5和MSIE6的所有浏览器。
    # 响应这些浏览器发出的请求时,Nginx服务器不进行Gzip压缩。
    gzip_disable MSIE [4-6].;
    
    # 早期的一些浏览器或者HTTP客户端,可能不支持Gzip自解压,因此用户有时会看到乱码,所以针
    # 对不同的HTTP协议版本,需要选择性地开启或者关闭Gzip功能。该指令用于设置开启Gzip功能的最低HTTP协议版本。
    # 默认设置为1.1版本,即只有客户端使用1.1及以上版本的HTTP协议时,才使用Gzip功能对响应输出数据进行压缩。
    # 从目前来看,绝大多数的浏览器都支持Gzip自解压,一般采用默认值即可.
    zip_http_version 1.0 | 1.1;
    
    # 该指令设置页面的字节数,当响应页面的大小大于该值时,才启用Gzip功能。
    # 建议设置成gzip_min_length 1024;
    gzip_min_length length;
    
    # 用于设置Nginx服务器是否对后端服务器返回的结果进行Gzip压缩;
    # 一般情况下,后端都是用来做restAPI接口,返回的数据量不会太大,不建议进行压缩
    # 真的需要对后端返回的数据进行压缩是可以再看下这块的内容
    gzip_proxied off | expired | no-cache | no-store | private | no_last_modified | no_etag | auth | any ...;
    
    # 设置MIME类型,被设置的类型将被压缩,默认值是:text/html
    # 该变量还可以取“*”,表示对所有MIME类型的页面数据进行Gzip压缩
    # 一般可以设置成:gzip_types text/plain  application/javascript  text/css text/xml
    gzip_types mime-type ...;
    
    # 开启后的效果是在响应头部添加了Accept-Encoding: gzip
    gzip_vary on | off;
    

    ngx_http_gzip_static_module模块

    ngx_http_gzip_static_module模块主要负责搜索和发送经过Gzip功能预压缩的数据。这些数据以“.gz”作为后缀名存储在服务器上。如果客户端请求的数据在之前被压缩过,并且客户端浏览器支持Gzip压缩,就直接返回压缩后的数据。

    该模块与ngx_http_gzip_module模块的不同之处主要在于,该模块使用的是静态压缩,在HTTP响应头部包含Content-Length头域来指明报文体的长度,用于服务器可确定响应数据长度的情况;而后者默认使用Chunked编码的动态压缩,其主要适用于服务器无法确定响应数据长度的情况,比如大文件下载的情形,这时需要实时生成数据长度。

    该模块指令的使用和ngx_http_gzip_static_module模块类似,这边就不再具体展开了。大家可以参考官方文档

    该模块是Nginx服务器的可选HTTP模块,如果要使用,必须在Nginx程序配置时添加--with-http_gzip_static_module指令。

    ngx_http_gunzip_module模块

    Nginx服务器支持对响应输出数据流进行Gzip压缩,这对客户端浏览器来说,需要有能力解压和处理Gzip压缩数据,但如果客户端本身不支持该功能,就需要Nginx服务器在向其发送数据之前先将该数据解压。这些压缩数据可能来自于后端服务器压缩产生或者Nginx服务器预压缩产生。ngx_http_gunzip_module模块便是用来针对不支持Gzip压缩数据处理的客户端浏览器,对压缩数据进行解压处理的.

    同样,对这个模块的指令使用就不具体展开了,大家可以参考官方文档

    现代的浏览器一般都支持压缩功能,所以这个模块使用到的几率较小。

    配置列子

    gzip            on;
    gzip_min_length 1000;
    gzip_proxied    expired no-cache no-store private auth;
    gzip_types      text/plain application/xml;
    

    为了使得Nginx服务器能够在全局范围内应用Gzip压缩功能,可以将Gzip配置放在了http全局块中。如果要对各个虚拟主机差别性对待,我们可以在对应的server
    块中添加各自的Gzip配置指令;

    阅读延伸

    平时开发的应用中可能不是所有的应用都使用了Nginx,看看其他Web服务器怎么开启对HTTP压缩的支持。

    1. Spring Boot中内嵌的Tomcat开启压缩功能

    Tomcat作为servet容器+http server,也是支持gzip压缩的。使用传统的Tomcat的话,我们只需要在server.xml配置开启HTTP压缩即可。
    在embed版本下需要通过代码来配置。spring-boot内置的tomcat是embed版本,通过内置的autoconfig机制已经做了一些默认tomcat配置,但是对于一些不常用/高级的配置,spring-boot并没有提供入口。

    不过由于spring bean的特性,可以覆盖默认装配的bean,包括tomcat相关的配置。使用TomcatConnectorCustomizer接口可以开启压缩配置。

    public class ConnC1 implements TomcatConnectorCustomizer{
    
        @Override
        public void customize(Connector connector) {
            ProtocolHandler protocolHandler = connector.getProtocolHandler();
            if(protocolHandler instanceof Http11NioProtocol){
                Http11NioProtocol http11NioProtocol = (Http11NioProtocol)protocolHandler;
                http11NioProtocol.setCompression("on");//default off
                http11NioProtocol.setCompressibleMimeType();
                http11NioProtocol.setCompressionMinSize(2048);//default 2048(B)
                http11NioProtocol.setMaxKeepAliveRequests(1);//default 200
            }
        }
    }
    

    关于Tomcat对于HTTP压缩的支持,大家可以从Tomcat的CompressionConfig这个类开始寻找线索。

    其实如果只是简单开启对压缩功能的支持的话,只要在Spring Boot做下面的配置即可:

    server:
      compression:
        enabled: true
        min-response-size: 1024
        mime-types:
           application/json
    

    问题

    欢迎大家留言说说Gzip功能还有哪些常用场景~

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