从零手写实现 nginx-09-compress http 文件压缩

2024-06-07 09:44
文章标签 实现 nginx http 压缩 手写 09 compress

本文主要是介绍从零手写实现 nginx-09-compress http 文件压缩，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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

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从零手写实现 nginx-16-nginx 支持配置多个 server

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. Vary： Vary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-Length： Content-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);@Overrideprotected 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ByteBufByteBuf 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

这篇关于从零手写实现 nginx-09-compress http 文件压缩的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1038821。

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