ตั้ง Nginx เป็น Reverse Proxy พร้อม Cache ลดภาระ Backend

เมื่อเว็บมีผู้ใช้มากขึ้น คอขวดมักไม่ได้อยู่ที่ Nginx แต่อยู่ที่ Backend ที่ต้องประมวลผลและคิวรีฐานข้อมูลทุกคำขอ ทั้งที่หน้าเว็บจำนวนมากให้ผลเหมือนกันกับทุกคน การให้ Nginx เก็บผลลัพธ์ไว้ตอบซ้ำจึงลดภาระได้มากโดยไม่ต้องแก้โค้ด

คู่มือนี้ตั้ง Nginx เป็น Reverse Proxy หน้า Backend ไม่ว่าจะเป็น PHP-FPM, Node.js หรือ Container แล้วเปิดแคชอย่างปลอดภัย พร้อมกฎที่ต้องระวังเพื่อไม่ให้ผู้ใช้เห็นข้อมูลของคนอื่น

สิ่งที่ต้องเตรียม

• Nginx บน Linux และสิทธิ์ sudo
• Backend ที่ทำงานอยู่แล้ว เช่น แอปที่ฟังพอร์ต 3000 บน localhost
• พื้นที่ดิสก์สำหรับเก็บแคช เริ่มที่ 1-2 GB ก็เพียงพอสำหรับเว็บทั่วไป

ขั้นตอนที่ 1: ตั้ง Reverse Proxy พื้นฐานก่อน

sudo nano /etc/nginx/sites-available/example.com

upstream app_backend {
    server 127.0.0.1:3000;
    keepalive 32;
}

server {
    listen 443 ssl;
    http2 on;
    server_name example.com;

    ssl_certificate     /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem;
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem;

    location / {
        proxy_pass http://app_backend;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Connection "";
        proxy_set_header Host              $host;
        proxy_set_header X-Real-IP         $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For   $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        proxy_read_timeout 60s;
    }
}

sudo nginx -t && sudo systemctl reload nginx

ส่วน keepalive 32 คู่กับ proxy_set_header Connection "" ทำให้ Nginx ใช้การเชื่อมต่อเดิมซ้ำกับ Backend แทนที่จะเปิดใหม่ทุกคำขอ ซึ่งช่วยลดภาระได้มากในเว็บที่มีทราฟฟิกสูง

ขั้นตอนที่ 2: ประกาศพื้นที่เก็บแคช

ประกาศในบล็อก http ไม่ใช่ใน server

sudo nano /etc/nginx/nginx.conf

proxy_cache_path /var/cache/nginx/app
                 levels=1:2
                 keys_zone=app_cache:20m
                 max_size=2g
                 inactive=60m
                 use_temp_path=off;

sudo mkdir -p /var/cache/nginx/app
sudo chown www-data:www-data /var/cache/nginx/app

ความหมายของค่าแต่ละตัว keys_zone=app_cache:20m คือพื้นที่หน่วยความจำสำหรับเก็บกุญแจ ซึ่ง 20 MB เก็บได้ราวหนึ่งแสนหกหมื่นรายการ max_size=2g คือเพดานพื้นที่บนดิสก์ และ inactive=60m คือรายการที่ไม่ถูกเรียกเลยใน 60 นาทีจะถูกลบทิ้ง

ขั้นตอนที่ 3: เปิดแคชอย่างปลอดภัย

map $http_cookie $skip_cache {
    default 0;
    # ผู้ใช้ที่ล็อกอินอยู่ต้องไม่ถูกแคช
    ~*session_id 1;
    ~*wordpress_logged_in 1;
    ~*laravel_session 1;
}

map $request_method $skip_cache_method {
    default 1;
    GET  0;
    HEAD 0;
}

server {
    # ... ส่วนเดิม ...

    location / {
        proxy_pass http://app_backend;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Connection "";
        proxy_set_header Host              $host;
        proxy_set_header X-Real-IP         $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For   $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;

        proxy_cache app_cache;
        proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
        proxy_cache_valid 200 301 302 10m;
        proxy_cache_valid 404 1m;
        proxy_cache_bypass $skip_cache $skip_cache_method $arg_nocache;
        proxy_no_cache     $skip_cache $skip_cache_method;

        # ใช้แคชเดิมตอบต่อได้หาก Backend ล่มหรือช้า
        proxy_cache_use_stale error timeout updating
                              http_500 http_502 http_503 http_504;
        proxy_cache_background_update on;
        proxy_cache_lock on;

        add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status always;
    }
}

sudo nginx -t && sudo systemctl reload nginx

ขั้นตอนที่ 4: เข้าใจสามบรรทัดที่สำคัญที่สุด

• proxy_cache_use_stale ทำให้เว็บยังเปิดได้แม้ Backend ล่ม โดยตอบจากแคชเดิมที่หมดอายุแล้ว ผู้ใช้เห็นข้อมูลเก่าเล็กน้อยดีกว่าเห็นหน้า 502
• proxy_cache_lock ป้องกันปัญหาที่เมื่อแคชหมดอายุพร้อมกัน คำขอหลายร้อยรายการวิ่งไป Backend พร้อมกันจนล่ม เมื่อเปิดไว้จะมีคำขอเดียวที่ไปดึงของใหม่ ที่เหลือรอผลนั้น
• X-Cache-Status คือ header ที่ให้คุณตรวจสอบได้ว่าคำขอนั้นถูกตอบจากแคชหรือไม่ ควรมีไว้เสมอตอนตั้งค่า

ขั้นตอนที่ 5: ทดสอบว่าแคชทำงาน

curl -sI https://example.com/ | grep -i x-cache-status
curl -sI https://example.com/ | grep -i x-cache-status

ครั้งแรกควรได้ MISS ครั้งที่สองควรได้ HIT ค่าอื่นที่พบได้คือ BYPASS เมื่อตรงเงื่อนไขข้าม EXPIRED เมื่อหมดอายุและกำลังดึงใหม่ และ STALE เมื่อตอบด้วยของเก่าเพราะ Backend มีปัญหา

ทดสอบว่าผู้ใช้ที่ล็อกอินไม่โดนแคช

curl -sI -H 'Cookie: wordpress_logged_in_abc=1' https://example.com/ | grep -i x-cache-status

ควรได้ BYPASS หากได้ HIT แปลว่ากฎยังไม่ถูกต้องและมีความเสี่ยงที่ผู้ใช้จะเห็นหน้าของคนอื่น ต้องแก้ทันที

ขั้นตอนที่ 6: เพิ่มกฎสำหรับไฟล์คงที่

location ~* \.(?:css|js|woff2|png|jpe?g|gif|svg|webp|ico)$ {
    proxy_pass http://app_backend;
    proxy_cache app_cache;
    proxy_cache_valid 200 30d;
    proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
    add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status always;
    add_header Cache-Control "public, max-age=2592000, immutable";
}

ไฟล์ที่มีชื่อพร้อมรหัสรุ่น เช่น app.4f3a2b.js แคชได้ยาวเพราะเปลี่ยนเนื้อหาเมื่อไรชื่อไฟล์ก็เปลี่ยนตาม

ขั้นตอนที่ 7: ล้างแคช

Nginx รุ่นโอเพนซอร์สไม่มีคำสั่งล้างแคชรายหน้าในตัว วิธีที่ใช้ได้จริงมีสองทาง

# ล้างทั้งหมด
sudo rm -rf /var/cache/nginx/app/*
sudo systemctl reload nginx

# ล้างเฉพาะหน้าเดียว โดยคำนวณกุญแจแล้วหาไฟล์
KEY="httpsGETexample.com/about/"
HASH=$(printf '%s' "$KEY" | md5sum | cut -d' ' -f1)
sudo find /var/cache/nginx/app -name "$HASH" -delete

อีกทางคือใช้ตัวแปร $arg_nocache ที่ตั้งไว้ในขั้นตอนที่ 3 เรียกหน้าด้วย ?nocache=1 เพื่อบังคับดึงของใหม่มาเก็บทับ

ขั้นตอนที่ 8: เฝ้าดูว่าแคชได้ผลแค่ไหน

sudo nano /etc/nginx/nginx.conf

log_format cached '$remote_addr - $upstream_cache_status '
                  '"$request" $status $body_bytes_sent '
                  '$request_time';
access_log /var/log/nginx/access.log cached;

sudo awk '{print $4}' /var/log/nginx/access.log | sort | uniq -c | sort -rn
sudo du -sh /var/cache/nginx/app

อัตรา HIT ที่ดีสำหรับเว็บเนื้อหาทั่วไปคือ 70% ขึ้นไป หากต่ำกว่านั้นมาก ให้ตรวจว่ากฎข้ามแคชกว้างเกินไปหรือไม่ และ proxy_cache_valid สั้นเกินไปหรือเปล่า

ปัญหาที่พบบ่อย

ได้ MISS ทุกครั้ง

สาเหตุที่พบบ่อยคือ Backend ส่ง header Cache-Control: no-cache หรือ Set-Cookie กลับมาทุกคำขอ ซึ่ง Nginx จะไม่แคชให้โดยอัตโนมัติ ตรวจด้วย curl -sI http://127.0.0.1:3000/ หากจำเป็นให้สั่งเพิกเฉยด้วย proxy_ignore_headers Cache-Control Expires Set-Cookie; แต่ต้องมั่นใจว่าหน้านั้นไม่มีข้อมูลส่วนบุคคล

ผู้ใช้เห็นข้อมูลของคนอื่น

เป็นปัญหาร้ายแรงที่สุดของการแคช เกิดจากหน้าที่มีข้อมูลเฉพาะบุคคลถูกแคชไว้ ตรวจกฎ proxy_cache_bypass ให้ครอบคลุมคุกกี้ของระบบล็อกอินทั้งหมด และเพิ่มคุกกี้ผู้ใช้เข้าไปใน proxy_cache_key หากจำเป็น

แก้เนื้อหาแล้วหน้าเว็บยังเป็นของเดิม

ปกติของการแคช รอจนหมดอายุตาม proxy_cache_valid หรือล้างแคชตามขั้นตอนที่ 7 หากต้องล้างบ่อยให้ตั้งระบบล้างอัตโนมัติเมื่อมีการบันทึกเนื้อหา

ดิสก์เต็มเพราะแคช

ตรวจว่า max_size ถูกตั้งไว้แล้ว และค่านั้นน้อยกว่าพื้นที่ว่างจริง Nginx จะลบรายการที่เก่าที่สุดเองเมื่อถึงเพดาน

ต้องการให้ทีมวิศวกรช่วยปรับโครงสร้างให้รองรับทราฟฟิกสูง ติดต่อ THAI DATA CLOUD ได้ที่ https://thaidata.cloud/contact/