前言

大家好,我是老马。很高兴遇到你。

我们为 java 开发者实现了 java 版本的 nginx

https://github.com/houbb/nginx4j

如果你想知道 servlet 如何处理的,可以参考我的另一个项目:

手写从零实现简易版 tomcat minicat

手写 nginx 系列

如果你对 nginx 原理感兴趣,可以阅读:

从零手写实现 nginx-01-为什么不能有 java 版本的 nginx?

从零手写实现 nginx-02-nginx 的核心能力

从零手写实现 nginx-03-nginx 基于 Netty 实现

从零手写实现 nginx-04-基于 netty http 出入参优化处理

从零手写实现 nginx-05-MIME类型(Multipurpose Internet Mail Extensions,多用途互联网邮件扩展类型)

从零手写实现 nginx-06-文件夹自动索引

从零手写实现 nginx-07-大文件下载

从零手写实现 nginx-08-范围查询

从零手写实现 nginx-09-文件压缩

从零手写实现 nginx-10-sendfile 零拷贝

从零手写实现 nginx-11-file+range 合并

从零手写实现 nginx-12-keep-alive 连接复用

从零手写实现 nginx-13-nginx.conf 配置文件介绍

从零手写实现 nginx-14-nginx.conf 和 hocon 格式有关系吗?

从零手写实现 nginx-15-nginx.conf 如何通过 java 解析处理?

从零手写实现 nginx-16-nginx 支持配置多个 server

从零手写实现 nginx-17-nginx 默认配置优化

从零手写实现 nginx-18-nginx 请求头+响应头操作

从零手写实现 nginx-19-nginx cors

从零手写实现 nginx-20-nginx 占位符 placeholder

从零手写实现 nginx-21-nginx modules 模块信息概览

从零手写实现 nginx-22-nginx modules 分模块加载优化

从零手写实现 nginx-23-nginx cookie 的操作处理

从零手写实现 nginx-24-nginx IF 指令

从零手写实现 nginx-25-nginx map 指令

从零手写实现 nginx-26-nginx rewrite 指令

从零手写实现 nginx-27-nginx return 指令

从零手写实现 nginx-28-nginx error_pages 指令

从零手写实现 nginx-29-nginx try_files 指令

从零手写实现 nginx-30-nginx proxy_pass upstream 指令

从零手写实现 nginx-31-nginx load-balance 负载均衡

从零手写实现 nginx-32-nginx load-balance 算法 java 实现

从零手写实现 nginx-33-nginx http proxy_pass 测试验证

从零手写实现 nginx-34-proxy_pass 配置加载处理

从零手写实现 nginx-35-proxy_pass netty 如何实现?

什么是 http 压缩

HTTP压缩是一种网络优化技术,用于减少在客户端和服务器之间传输的数据量。

通过压缩响应内容(如HTML、CSS、JavaScript、图片等),可以加快加载速度,减少带宽消耗,提升用户体验。

HTTP压缩通常在服务器端进行,客户端接收到压缩后的数据后进行解压缩。

以下是HTTP压缩的一些关键点:

  1. 压缩算法
    • GZIP:最常用的压缩格式,广泛支持各种压缩级别。
    • DEFLATE:与GZIP类似,但通常不包含文件元数据。
    • Brotli:一种较新的压缩算法,提供比GZIP更好的压缩比率,被现代浏览器支持。
    • 其他:如Zstandard(Zstd),也是一种高效的压缩算法,但浏览器支持度较低。
  2. HTTP头信息
    • Content-Encoding:响应头,指示数据使用的压缩格式。
    • Accept-Encoding:请求头,客户端通过此头通知服务器它支持的压缩格式。
    • Vary:响应头,用于指示响应内容会根据不同的请求头(如Accept-Encoding)而变化。
  3. 服务器配置
    • 服务器需要配置相应的模块或中间件来处理HTTP压缩。例如,在Nginx中,可以使用gzip模块,在Apache中可以使用mod_deflate
  4. 内容类型
    • 并非所有内容类型都适合压缩。文本内容(如HTML、CSS、JavaScript)通常会从压缩中受益,而已经压缩的媒体类型(如JPEG、GIF图片,MP3音频)则不会。
  5. 压缩级别
    • 服务器可以配置不同的压缩级别,以平衡压缩比率和CPU负载。压缩级别越高,压缩比率越好,但CPU负载也越大。
  6. 缓存处理
    • 压缩内容应该被适当地缓存。如果客户端支持条件请求(如ETag或Last-Modified),缓存的压缩内容可以被重复使用。
  7. 安全性
    • 在某些情况下,压缩可能会暴露敏感信息,尤其是当内容是动态生成的。因此,需要确保压缩的内容不会泄露敏感数据。
  8. 配置示例
    • 以下是Nginx配置GZIP压缩的示例:
      gzip on;
      gzip_vary on;
      gzip_proxied any;
      gzip_comp_level 5;
      gzip_min_length 256;
      gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
      
    • 这个配置启用了GZIP压缩,根据Accept-Encoding头变化响应不同的内容,对所有代理请求进行压缩,设置压缩级别为5(快速压缩),只压缩大于256字节的响应,并且指定了可以被压缩的内容类型。
  9. 测试和验证
    • 使用工具(如Chrome开发者工具或在线服务)来测试和验证压缩是否按预期工作。
  10. 客户端支持
    • 客户端(浏览器)必须支持并发送Accept-Encoding头,才能接收压缩内容。

HTTP压缩是一个强大的工具,可以显著提高网站性能。然而,它也增加了服务器的CPU负载,因此需要根据服务器的处理能力和网站的需求来适当配置。

如果一个 txt 文件很大,指定压缩响应。那么 response 中的 Content-Type 应该是什么?响应中会有哪些信息标识压缩相关的?

对于一个大型的文本文件(如.txt),如果服务器配置了压缩响应,那么Content-Type通常设置为text/plain,因为.txt文件是纯文本格式。

当响应被压缩时,响应头中会包含一些标识压缩相关的信息:

  1. Content-Encoding: 这个响应头用于指示响应体使用的压缩格式。例如,如果使用了GZIP压缩,Content-Encoding将被设置为gzip。如果使用了Brotli压缩,它将被设置为br

    Content-Encoding: gzip
    
  2. VaryVary响应头用于指示响应内容会根据不同的请求头而变化。当启用压缩时,服务器可能会设置Vary头为Accept-Encoding,表示响应内容会根据请求中的Accept-Encoding头变化。

    Vary: Accept-Encoding
    
  3. Content-LengthContent-Length响应头指示响应体的大小(以字节为单位)。当响应被压缩时,Content-Length将反映压缩后的大小。

    Content-Length: 1200
    

    注意:在某些情况下,如果服务器使用分块传输编码(chunked transfer encoding),Content-Length可能不会被设置。

当客户端接收到包含Content-Encoding头的响应时,它知道需要对接收到的数据进行解压缩,以恢复原始内容。

以下是一个示例HTTP响应,假设服务器对一个大型文本文件的响应进行了GZIP压缩:

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain; charset=UTF-8
Content-Encoding: gzip
Content-Length: 1200
Vary: Accept-Encoding
Date: Wed, 31 Dec 2024 12:00:00 GMT
Server: YourServer/1.0

<压缩的响应体>

在这个示例中:

  • Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 表示响应体是一个文本文件,使用UTF-8编码。
  • Content-Encoding: gzip 表示响应体被GZIP压缩。
  • Content-Length 表示压缩后的响应体大小。
  • Vary: Accept-Encoding 表示响应内容可能会根据请求头中的Accept-Encoding变化。

客户端在接收到这个响应后,会根据Content-Encoding头来解压缩响应体,然后以原始的文本格式进行处理或显示。

核心实现

/**
 * 文件压缩
 *
 * @since 0.8.0
 * @author 老马啸西风
 */
public class NginxRequestDispatchFileCompress extends AbstractNginxRequestDispatchFullResp {

    private static final Log logger = LogFactory.getLog(AbstractNginxRequestDispatchFullResp.class);

    @Override
    protected FullHttpResponse buildFullHttpResponse(FullHttpRequest request,
                                                     final NginxConfig nginxConfig,
                                                     NginxRequestDispatchContext context) {
        final File targetFile = context.getFile();
        logger.info("[Nginx] match compress file, path={}", targetFile.getAbsolutePath());


        // 压缩内容
        byte[] compressData = getCompressData(context);
        // 创建一个带有GZIP压缩内容的ByteBuf
        ByteBuf compressedContent = Unpooled.copiedBuffer(compressData);
        FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, compressedContent);

        // 设置压缩相关的响应头
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_ENCODING, HttpHeaderValues.GZIP);
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, response.content().readableBytes());
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, InnerMimeUtil.getContentTypeWithCharset(targetFile, context.getNginxConfig().getCharset()));

        // 检查请求是否接受GZIP编码
        if (request.headers().contains(HttpHeaderNames.ACCEPT_ENCODING) &&
                request.headers().get(HttpHeaderNames.ACCEPT_ENCODING).contains(HttpHeaderValues.GZIP)) {

            // 添加Vary头,告知存在多个版本的响应
            response.headers().set(HttpHeaderNames.VARY, HttpHeaderNames.ACCEPT_ENCODING);
        }

        return response;
    }

    public static byte[] getCompressData(NginxRequestDispatchContext context) {
        final File targetFile = context.getFile();

        byte[] inputData = FileUtil.getFileBytes(targetFile);
        // 使用try-with-resources语句自动关闭资源
        try (ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
             GZIPOutputStream gzipOutputStream = new GZIPOutputStream(byteArrayOutputStream)) {
            // 写入要压缩的数据
            gzipOutputStream.write(inputData);
            // 强制刷新输出流以确保所有数据都被压缩和写入
            gzipOutputStream.finish();
            // 获取压缩后的数据
            return byteArrayOutputStream.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            logger.error("[Nginx] getCompressData failed", e);
            throw new Nginx4jException(e);
        }
    }

}

测试

测试代码

public static void main(String[] args) {
    NginxGzipConfig gzipConfig = new NginxGzipConfig();
    gzipConfig.setGzip("on");
    gzipConfig.setGzipMinLength(256);
    Nginx4jBs.newInstance()
            .nginxGzipConfig(gzipConfig)
            .init()
            .start();
}

页面访问

http://192.168.1.12:8080/c.txt

可以直接返回 c.txt 的内容。

而且后端命中了压缩处理。

[INFO] [2024-05-26 21:01:26.319] [nioEventLoopGroup-3-1] [c.g.h.n.s.r.d.h.AbstractNginxRequestDispatchFullResp.buildFullHttpResponse] - [Nginx] match compress file, path=D:\data\nginx4j\c.txt
[INFO] [2024-05-26 21:01:26.324] [nioEventLoopGroup-3-1] [c.g.h.n.u.InnerMimeUtil.getContentTypeWithCharset] - file=D:\data\nginx4j\c.txt, contentType=text/plain; charset=UTF-8
[INFO] [2024-05-26 21:01:26.327] [nioEventLoopGroup-3-1] [c.g.h.n.s.r.d.h.AbstractNginxRequestDispatchFullResp.doDispatch] - [Nginx] channelRead writeAndFlush DONE response=DefaultFullHttpResponse(decodeResult: success, version: HTTP/1.1, content: UnpooledHeapByteBuf(freed))
HTTP/1.1 200 OK
content-encoding: gzip
content-type: text/plain; charset=UTF-8
vary: accept-encoding
content-length: 696
[INFO] [2024-05-26 21:01:26.328] [nioEventLoopGroup-3-1] [c.g.h.n.s.h.NginxNettyServerHandler.channelRead0] - [Nginx] channelRead writeAndFlush DONE id=40a5effffe257be0-00006394-00000001-0af1170bb1114311-b3ae0da9

http 信息

请求基本信息

Request URL:
http://192.168.1.12:8080/c.txt
Request Method:
GET
Status Code:
200 OK
Remote Address:
192.168.1.12:8080
Referrer Policy:
strict-origin-when-cross-origin

请求头

GET /c.txt HTTP/1.1
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Connection: keep-alive
Host: 192.168.1.12:8080
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/124.0.0.0 Safari/537.36

响应头

HTTP/1.1 200 OK
content-encoding: gzip
content-type: text/plain; charset=UTF-8
vary: accept-encoding
content-length: 696

可见,虽然返回的是 gzip 内容,但是浏览器会自动解压处理。

小结

本节我们实现了文件的压缩处理,这个对于文件的传输性能提升比较大。

当然,压缩+解压本身也是对性能有损耗的。要结合具体的压缩比等考虑。

下一节,我们考虑实现一下 cors 的支持。

我是老马,期待与你的下次重逢。

开源地址

为了便于大家学习,已经将 nginx 开源

https://github.com/houbb/nginx4j

参考资料

https://www.cnblogs.com/luxiaoxun/p/3959450.html

https://www.cnblogs.com/carl10086/p/6185095.html

https://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/22800171

https://blog.csdn.net/sinat_34163739/article/details/108820355