高性能 Web 平台 OpenResty

简介

OpenResty® 是一个基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台，其内部集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态 Web 应用、Web 服务和动态网关。

OpenResty® 通过汇聚各种设计精良的 Nginx 模块（主要由 OpenResty 团队自主开发），从而将 Nginx 有效地变成一个强大的通用 Web 应用平台。这样，Web 开发人员和系统工程师可以使用 Lua 脚本语言调动 Nginx 支持的各种 C 以及 Lua 模块，快速构造出足以胜任 10K 乃至 1000K 以上单机并发连接的高性能 Web 应用系统。

OpenResty® 的目标是让你的Web服务直接跑在 Nginx 服务内部，充分利用 Nginx 的非阻塞 I/O 模型，不仅仅对 HTTP 客户端请求,甚至于对远程后端诸如 MySQL、PostgreSQL、Memcached 以及 Redis 等都进行一致的高性能响应。

需求场景

很多人都知道Nginx有很多的特性和好处，但是在Nginx上开发成了一个难题，Nginx模块需要用C开发，而且必须符合一系列复杂的规则，最重要的用C开发模块必须要熟悉Nginx的源代码，使得开发者对其望而生畏。

为了开发人员方便，所以接下来我们要介绍一种整合了Nginx和lua的框架，那就是OpenResty，它帮我们实现了可以用lua的规范开发，实现各种业务，并且帮我们弄清楚各个模块的编译顺序。关于OpenResty，我想大家应该不再陌生，随着系统架构的不断升级、优化，OpenResty在被广泛的应用。

运行原理

Nginx 采用的是 master-worker 模型，一个 master 进程管理多个 worker 进程，基本的事件处理都是放在 woker 中，master 负责一些全局初始化，以及对 worker 的管理。在OpenResty中，每个 woker 使用一个 LuaVM，当请求被分配到 woker 时，将在这个 LuaVM 里创建一个 coroutine(协程)。协程之间数据隔离，每个协程具有独立的全局变量_G。

ps. 协程和多线程下的线程类似：有自己的堆栈，自己的局部变量，有自己的指令指针，但是和其他协程程序共享全局变量等信息。

线程和协程的主要不同在于：多处理器的情况下，概念上来说多线程是同时运行多个线程，而协程是通过代码来完成协程的切换，任何时刻只有一个协程程序在运行。并且这个在运行的协程只有明确被要求挂起时才会被挂起。

原理图如下:

优势

使用OpenResty，其是由Nginx核心加很多第三方模块组成，其最大的亮点是默认集成了Lua开发环境，使得Nginx可以作为一个Web Server使用。借助于Nginx的事件驱动模型和非阻塞IO，可以实现高性能的Web应用程序。

而且OpenResty提供了大量组件如Mysql、Redis、Memcached等等，使在Nginx上开发Web应用更方便更简单。目前在京东如实时价格、秒杀、动态服务、单品页、列表页等都在使用Nginx+Lua架构，其他公司如淘宝、去哪儿网等。

Lua 与 LuaJIT

要了解OpenResty，那么Lua语言是必须先要了解的，它是 OpenResty 中使用的编程语言。Lua 是一个小巧的脚本语言。是巴西里约热内卢天主教大学（Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro）里的一个研究小组，由 Roberto Ierusalimschy、Waldemar Celes 和 Luiz Henrique de Figueiredo 所组成并于 1993 年开发。Lua在葡萄牙语里代表美丽的月亮。

Lua 在设计之初，就把自己定位为一个简单、轻量、可嵌入的胶水语言，没有走大而全的路线。虽然你平常工作中可能没有直接编写 Lua 代码，但 Lua 的使用其实非常广泛。很多的网游，比如魔兽世界，都会采用 Lua 来编写插件；而键值数据库 Redis 则是内置了 Lua 来控制逻辑。另一方面，虽然 Lua 自身的库比较简单，但它可以方便地调用 C 库，大量成熟的 C 代码都可以为其所用。比如在 OpenResty 中，很多时候都需要你调用 NGINX 和 OpenSSL 的 C 函数，而这都得益于 Lua 和 LuaJIT 这种方便调用 C 库的能力。

Lua 非常高效，它运行得比许多其它脚本(如 Perl、Python、Ruby)都快，这点在第三方的独立测评中得到了证实。尽管如此，仍然会有人不满足，他们总觉得“嗯，还不够快!”。LuaJIT 就是一个为了再榨出一些速度的尝试，它利用即时编译（Just-in Time）技术把 Lua 代码编译成本地机器码后交由 CPU 直接执行。

LuaJIT 2 的测评报告表明，在数值运算、循环与函数调用、协程切换、字符串操作等许多方面它的加速效果都很显著。凭借着 FFI 特性，LuaJIT 2 在那些需要频繁地调用外部 C/C++ 代码的场景，也要比标准 Lua 解释器快很多。目前 LuaJIT 2 已经支持包括 i386、x86_64、ARM、PowerPC 以及 MIPS 等多种不同的体系结构。

LuaJIT 是采用 C 和汇编语言编写的 Lua 解释器与即时编译器。LuaJIT 被设计成全兼容标准的 Lua 5.1 语言，同时可选地支持 Lua 5.2 和 Lua 5.3 中的一些不破坏向后兼容性的有用特性。因此，标准 Lua 语言的代码可以不加修改地运行在 LuaJIT 之上。LuaJIT 和标准 Lua 解释器的一大区别是，LuaJIT 的执行速度，即使是其汇编编写的 Lua 解释器，也要比标准 Lua 5.1 解释器快很多，可以说是一个高效的 Lua 实现。另一个区别是，LuaJIT 支持比标准 Lua 5.1 语言更多的基本原语和特性，因此功能上也要更加强大。

使用示例

为了能够让大家对 OpenResty 有个大致的使用印象，这里引用一个官网的示例[3]来做讲解。在安装完OpenResty之后（安装过程略过），创建工作目录：

mkdir ~/work
cd ~/work
mkdir logs/ conf/

在新创建的conf/ 目录下创建一个nginx.conf配置文件，其内容如下：

pid logs/nginx.pid;
events{
 worker_connections 1024;
}

http{
 server {
  listen 8080;
  location / {
   content_by_lua '
    ngx.say("hello, world")
   ';
  }
 }
}

启动OpenResty服务：

openresty -p `pwd` -c conf/nginx.conf

如果没有报错的话，OpenResty服务已经启动成功了。你可以打开浏览器，或者使用curl命令来查看返回的结果：

$ curl -i localhost:8080
HTTP/1.1 200 OK
Server: openresty/1.19.9.1
Date: Wed, 22 Apr 2023 03:57:56 GMT
Content-Type: text/plain
Transfer-Encoding: chunked
Connection: keep-alive

hello, world

这里只是简单的打印一个“hello, world”，真实使用场景下，肯定会包含大堆的代码，如果这些代码全部包含在nginx.conf配置文章中，那么可阅读性和可维护性是会大大降低的。所以，我们要进一步地将Lua代码抽离出来。

我们在 ~/work 目录下再创建一个 lua/ 的目录，然后再在 lua/ 目录下创建一个 hello.lua 文件，文件内的内容为:ngx.say(“hello, world”)。对应的目录结构如下：

$ tree
.
├── conf
│   ├── nginx.conf
├── logs
│   └── nginx.pid
├── lua
    └── hello.lua

之后修改 nginx.conf 的配置，把其中的 content_by_lua 改为 content_by_lua_file：

pid logs/nginx.pid;
events{
 worker_connections 1024;
}

http{
 server {
  listen 8080;
  location / {
   content_by_lua_file lua/hello.lua;
  }
 }
}

最后，重启OpenResty的服务就可以了。