一、CDN与Nginx静态缓存的协同原理

CDN（内容分发网络）通过全球节点缓存静态资源，减少用户访问源站（如Nginx服务器）的延迟。而Nginx作为高性能Web服务器，可通过配置将静态文件（如CSS、JS、图片）缓存到本地或CDN节点。两者的协同关键在于：Nginx需正确配置缓存规则，使CDN能高效获取并持久化这些静态资源。

1.1 CDN获取Nginx静态缓存的流程

1. 用户请求：用户访问网站时，请求首先到达CDN边缘节点。
2. 缓存检查：CDN节点检查本地是否有请求资源的缓存。
   • 命中缓存：直接返回缓存文件，无需访问源站。
   • 未命中缓存：CDN回源到Nginx服务器获取资源。
3. Nginx响应：Nginx根据配置返回静态文件，并可能设置缓存头（如Cache-Control、Expires）。
4. CDN缓存：CDN节点将获取的资源缓存到本地，供后续请求使用。

1.2 为什么需要Nginx配置CDN缓存加速？

• 减少源站压力：CDN缓存后，大部分请求由边缘节点处理，降低Nginx服务器负载。
• 提升访问速度：用户从就近的CDN节点获取资源，而非跨地域访问源站。
• 提高可用性：CDN节点冗余部署，避免单点故障。

二、Nginx配置CDN缓存加速的核心方法

2.1 配置静态资源缓存规则

Nginx可通过location指令和expires模块设置静态资源的缓存时间。例如：

server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    # 静态资源缓存配置
    location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
        root /var/www/html;
        expires 30d;  # 缓存30天
        add_header Cache-Control "public";  # 允许CDN和浏览器缓存
    }
}

• expires 30d：设置资源过期时间为30天，CDN和浏览器会缓存该资源直到过期。
• add_header Cache-Control "public"：明确允许公共缓存（如CDN）存储资源。

2.2 配置CDN回源策略

CDN回源到Nginx时，需确保Nginx能正确处理回源请求。常见配置包括：

2.2.1 设置回源Host头

CDN回源时可能修改Host头，需在Nginx中配置server_name匹配：

server {
    listen 80;
    server_name cdn.example.com;  # 匹配CDN回源的Host
    location / {
        root /var/www/html;
        try_files $uri $uri/ =404;
    }
}

2.2.2 限制回源频率

通过limit_conn和limit_req模块限制CDN回源频率，避免源站过载：

http {
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=cdn_limit:10m;
    server {
        listen 80;
        server_name example.com;
        location / {
            limit_conn cdn_limit 10;  # 每个IP最多10个连接
            root /var/www/html;
        }
    }
}

2.3 配置HTTP缓存头

除expires外，还需配置Cache-Control和ETag等头，优化CDN缓存行为：

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    root /var/www/html;
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public, max-age=2592000";  # 30天缓存
    add_header ETag "$uri$is_args$args";  # 生成ETag，便于CDN验证缓存
}

• max-age=2592000：与expires 30d等效，指定缓存最大存活时间。
• ETag：CDN可通过ETag验证资源是否修改，避免不必要的回源。

三、CDN配置要点：高效获取Nginx静态缓存

3.1 选择合适的CDN厂商

不同CDN厂商对缓存规则的支持可能不同，需确认以下功能：

• 自定义缓存时间：支持按文件类型或路径设置缓存时长。
• 缓存键配置：支持通过URL参数、Cookie等定制缓存键。
• 回源协议：支持HTTP/HTTPS回源，且能正确处理Nginx的缓存头。

3.2 配置CDN缓存规则

在CDN控制台中，通常需配置：

1. 缓存策略：为静态资源（如.js、.css）设置长期缓存（如30天）。
2. 忽略参数缓存：对无参数变化的资源，忽略URL参数（如?v=1.0）进行缓存。
3. 强制刷新：提供手动刷新缓存的接口，便于更新资源。

3.3 监控与优化

通过CDN和Nginx的日志监控缓存命中率：

• CDN日志：分析缓存命中（HIT）和未命中（MISS）比例。
• Nginx日志：检查回源请求是否减少，验证配置是否生效。

若缓存命中率低，可能原因包括：

• 缓存时间过短：调整expires或Cache-Control。
• CDN节点问题：联系CDN厂商排查。
• Nginx配置错误：检查add_header和expires是否生效。

四、实际案例：某电商网站的CDN+Nginx优化

4.1 背景

某电商网站日均PV 100万，静态资源（图片、JS、CSS）占比60%。原架构为Nginx直连用户，导致源站带宽占用高、响应慢。

4.2 优化方案

1. Nginx配置：
   • 对.jpg、.js、.css设置expires 1y。
   • 添加Cache-Control: public, max-age=31536000。
2. CDN配置：
   • 缓存策略：静态资源缓存365天，动态内容不缓存。
   • 回源协议：HTTPS回源，确保安全性。
3. 监控：
   • CDN缓存命中率从40%提升至95%。
   • Nginx源站带宽下降70%。

4.3 效果

• 用户端：页面加载时间从3s降至1.2s。
• 成本端：源站服务器数量减少50%，年节省成本20万元。

五、总结与建议

5.1 关键配置总结

• Nginx端：
  • 使用expires和Cache-Control设置长期缓存。
  • 添加ETag和Last-Modified头，便于CDN验证缓存。
• CDN端：
  • 配置合理的缓存策略和回源规则。
  • 监控缓存命中率，及时调整配置。

5.2 常见问题与解决

• 问题1：CDN未缓存资源。
  • 解决：检查Nginx是否返回200 OK，且头中包含Cache-Control: public。
• 问题2：资源更新后CDN未同步。
  • 解决：使用CDN的缓存刷新接口，或修改资源URL（如加版本号）。

5.3 未来趋势

随着HTTP/3和边缘计算的普及，CDN与Nginx的协同将更紧密。建议开发者关注：

• QUIC协议：减少TCP握手延迟，提升CDN回源速度。
• 边缘函数：在CDN节点运行轻量级逻辑，减少回源请求。

通过合理配置Nginx和CDN，可显著提升静态资源的加载速度和源站稳定性，是高性能Web架构的关键环节。