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Nginx 变量漫谈(一)

Nginx 的配置文件使用的就是一门微型的编程语言,许多真实世界里的 Nginx 配置文件其实就是一个一个的小程序。当然,是不是“图灵完全的”暂且不论,至少据我观察,它在设计上受 Perl 和 Bourne Shell 这两种语言的影响很大。在这一点上,相比 Apache 和 Lighttpd 等其他 Web 服务器的配置记法,不能不说算是 Nginx 的一大特色了。既然是编程语言,一般也就少不了“变量”这种东西(当然,Haskell 这样奇怪的函数式语言除外了)。

熟悉 Perl、Bourne Shell、C/C++ 等命令式编程语言的朋友肯定知道,变量说白了就是存放“值”的容器。而所谓“值”,在许多编程语言里,既可以是 3.14 这样的数值,也可以是 hello world 这样的字符串,甚至可以是像数组、哈希表这样的复杂数据结构。然而,在 Nginx 配置中,变量只能存放一种类型的值,因为也只存在一种类型的值,那就是字符串。

比如我们的 nginx.conf 文件中有下面这一行配置:

    set $a "hello world";

我们使用了标准 ngx_rewrite 模块的 set 配置指令对变量 $a 进行了赋值操作。特别地,我们把字符串 hello world 赋给了它。

我们看到,Nginx 变量名前面有一个 $ 符号,这是记法上的要求。所有的 Nginx 变量在 Nginx 配置文件中引用时都须带上 $ 前缀。这种表示方法和 Perl、PHP 这些语言是相似的。

虽然 $ 这样的变量前缀修饰会让正统的 JavaC# 程序员不舒服,但这种表示方法的好处也是显而易见的,那就是可以直接把变量嵌入到字符串常量中以构造出新的字符串:

    set $a hello;
    set $b "$a, $a";

这里我们通过已有的 Nginx 变量 $a 的值,来构造变量 $b 的值,于是这两条指令顺序执行完之后,$a 的值是 hello,而 $b 的值则是 hello, hello. 这种技术在 Perl 世界里被称为“变量插值”(variable interpolation),它让专门的字符串拼接运算符变得不再那么必要。我们在这里也不妨采用此术语。

我们来看一个比较完整的配置示例:

    server {
        listen 8080;
 
        location /test {
            set $foo hello;
            echo "foo: $foo";
        }
    }

这个例子省略了 nginx.conf 配置文件中最外围的 http 配置块以及 events 配置块。使用 curl 这个 HTTP 客户端在命令行上请求这个 /test 接口,我们可以得到

    $ curl 'http://localhost:8080/test'
    foo: hello

这里我们使用第三方 ngx_echo 模块的 echo 配置指令将 $foo 变量的值作为当前请求的响应体输出。

我们看到,echo 配置指令的参数也支持“变量插值”。不过,需要说明的是,并非所有的配置指令都支持“变量插值”。事实上,指令参数是否允许“变量插值”,取决于该指令的实现模块。

如果我们想通过 echo 指令直接输出含有“美元符”($)的字符串,那么有没有办法把特殊的 $ 字符给转义掉呢?答案是否定的(至少到目前最新的 Nginx 稳定版 1.0.10)。不过幸运的是,我们可以绕过这个限制,比如通过不支持“变量插值”的模块配置指令专门构造出取值为 $ 的 Nginx 变量,然后再在 echo 中使用这个变量。看下面这个例子:

    geo $dollar {
        default "$";
    }
 
    server {
        listen 8080;
 
        location /test {
            echo "This is a dollar sign: $dollar";
        }
    }

测试结果如下:

    $ curl 'http://localhost:8080/test'
    This is a dollar sign: $

这里用到了标准模块 ngx_geo 提供的配置指令 geo 来为变量 $dollar 赋予字符串 "$",这样我们在下面需要使用美元符的地方,就直接引用我们的 $dollar 变量就可以了。其实 ngx_geo 模块最常规的用法是根据客户端的 IP 地址对指定的 Nginx 变量进行赋值,这里只是借用它以便“无条件地”对我们的 $dollar 变量赋予“美元符”这个值。

在“变量插值”的上下文中,还有一种特殊情况,即当引用的变量名之后紧跟着变量名的构成字符时(比如后跟字母、数字以及下划线),我们就需要使用特别的记法来消除歧义,例如:

    server {
        listen 8080;
 
        location /test {
            set $first "hello ";
            echo "${first}world";
        }
    }

这里,我们在 echo 配置指令的参数值中引用变量 $first 的时候,后面紧跟着 world 这个单词,所以如果直接写作 "$firstworld" 则 Nginx “变量插值”计算引擎会将之识别为引用了变量 $firstworld. 为了解决这个难题,Nginx 的字符串记法支持使用花括号在 $ 之后把变量名围起来,比如这里的 ${first}. 上面这个例子的输出是:

    $ curl 'http://localhost:8080/test
    hello world

set 指令(以及前面提到的 geo 指令)不仅有赋值的功能,它还有创建 Nginx 变量的副作用,即当作为赋值对象的变量尚不存在时,它会自动创建该变量。比如在上面这个例子中,如果 $a 这个变量尚未创建,则 set 指令会自动创建 $a 这个用户变量。如果我们不创建就直接使用它的值,则会报错。例如

    ? server {
    ?     listen 8080;
    ?
    ?     location /bad {
    ?         echo $foo;
    ?     }
    ? }

此时 Nginx 服务器会拒绝加载配置:

    [emerg] unknown "foo" variable

是的,我们甚至都无法启动服务!

有趣的是,Nginx 变量的创建和赋值操作发生在全然不同的时间阶段。Nginx 变量的创建只能发生在 Nginx 配置加载的时候,或者说 Nginx 启动的时候;而赋值操作则只会发生在请求实际处理的时候。这意味着不创建而直接使用变量会导致启动失败,同时也意味着我们无法在请求处理时动态地创建新的 Nginx 变量。

Nginx 变量一旦创建,其变量名的可见范围就是整个 Nginx 配置,甚至可以跨越不同虚拟主机的 server 配置块。我们来看一个例子:

    server {
        listen 8080;
 
        location /foo {
            echo "foo = [$foo]";
        }
 
        location /bar {
            set $foo 32;
            echo "foo = [$foo]";
        }
    }

这里我们在 location /bar 中用 set 指令创建了变量 $foo,于是在整个配置文件中这个变量都是可见的,因此我们可以在 location /foo 中直接引用这个变量而不用担心 Nginx 会报错。

下面是在命令行上用 curl 工具访问这两个接口的结果:

    $ curl 'http://localhost:8080/foo'
    foo = []
 
    $ curl 'http://localhost:8080/bar'
    foo = [32]
 
    $ curl 'http://localhost:8080/foo'
    foo = []

从这个例子我们可以看到,set 指令因为是在 location /bar 中使用的,所以赋值操作只会在访问 /bar 的请求中执行。而请求 /foo 接口时,我们总是得到空的 $foo 值,因为用户变量未赋值就输出的话,得到的便是空字符串。

从这个例子我们可以窥见的另一个重要特性是,Nginx 变量名的可见范围虽然是整个配置,但每个请求都有所有变量的独立副本,或者说都有各变量用来存放值的容器的独立副本,彼此互不干扰。比如前面我们请求了 /bar 接口后,$foo 变量被赋予了值 32,但它丝毫不会影响后续对 /foo 接口的请求所对应的 $foo 值(它仍然是空的!),因为各个请求都有自己独立的 $foo 变量的副本。

对于 Nginx 新手来说,最常见的错误之一,就是将 Nginx 变量理解成某种在请求之间全局共享的东西,或者说“全局变量”。而事实上,Nginx 变量的生命期是不可能跨越请求边界的。

(未完待续)