《Nginx完全开发指南：使用C、C++、JavaScript和L》

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内容简介

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**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++、JavaScript和Lua》深入*新的Nginx源码（Stable1.16.0），详细剖析了模块体系、动态插件、功能框架、内存分配、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++、JavaScript、Lua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++、JavaScript和Lua》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。

作者简介

罗剑锋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、欣赏音乐和旅游。

目录

前言/序言

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，走过了不少的弯路。

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。

五年多前，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《Nginx完全开发指南：使用C、C++、JavaScript和Lua》的念头。

经过近一年的努力，现在这《Nginx完全开发指南：使用C、C++、JavaScript和Lua》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企业内部。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++

IgorSysoev选择用C语言（准确地说是ANSIC）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IgorSysoev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，而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，越来越多的开发者开始转向了OpenResty，使用Lua搭建高并发、高性能、高扩展性的WebServer。

我接触OpenResty的时间并不算很长，大约在五年左右。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WebServer，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。

“大事件”

2019年，Nginx身上发生了一件了不得的“大事件”：在独立运营了8年之后，Nginx.Inc公司正式被它的“竞争对手”F5Networks收购。

收购的价格并不算高，只有6.7亿美元。可以比较一下去年被微软收购的源码托管网站GitHub，出价是75亿。对于Nginx这个几乎占据了互联网一半份额的顶尖Web服务器来说，感觉实在是有点低。

这也算得上是开源软件商业化的又一个标志性案例了。再往前，还有IBM以340亿美元收购RedHat、Sun以10亿美元收购MySQL（但后来又被Oracle收购）。昔日的一个个免费开源明星软件，怀着使命和愿景陆续走向商业化，但又在这条道路上最终倒下。理想终究败给了现实，令人不得不感慨这个“美丽而又残酷”的世界。[出自《进击的巨人Season1》片尾曲“美しき残酷な世界”。]

目前“硕果仅存”的同级知名开源软件应该只有Apache和Linux了。值得注意的是它们并没有成立商业公司，而是以基金会的形式运作，通过赞助和会员制等形式来筹措资金。另一方面也确实是因为它们的“体量”足够大，能够把“免费”“开源”的大旗继续打下去。

当然，Nginx和F5都发表了官方声明，表示Nginx会继续保持开源，共同维护开源社区的活力。在这一点上我选择相信他们，相信被收购后的Nginx会有更加光明的未来。

再补上一句私心话：“还等着在Nginx上跑HTTP/3呢。”

新版的变化

我一直是C++语言的坚定拥护者，很早就在积极推动使用C++开发定制Nginx，但这几年下来感觉“收效甚微”：一是C语言开发的惯性太大，二是操作系统对C++标准支持不力，无法用上11/14的特性。几番折腾下来，有点“心灰意冷”了。

所以这次的新版就改以C作为主力开发语言，同时“忍痛割爱”，大幅度删减了各章节的C++代码，C++的全部内容都压缩到一个章节里（第20章），不再详细介绍C++封装类的具体实现和内部工作原理，也许这样会更贴近目前Nginx开发的现状。