讨论nginx location 顺序问题

在很长的一段时间里，我对上述的结论也一直深信不疑，甚至还将这个结论分享给其他小伙伴，直到在有一次配置时发现，请求 uri 明明是符合了前缀匹配 ^~ 规则，但 nginx 却没有使用，这让我对上述结论产生了疑惑。后续通过调研、实践后发现，上述结论可以说对，但也不对，是不是更疑惑了？没关系，看完这篇文章你就知道我为什么会这样说了。

本篇文章会从以下五个方面来介绍 location 顺序问题

location 是什么
location 的选项有哪些
location 的匹配规则是什么
location 的应用规则是什么
总结

话不多说，我们直接进入正题。

一、location 是什么

location 翻译成中文就是定位，已经描述的比较清晰了，因为它的作用就是根据请求 uri 定位到某一个规则块，然后在由该规则块决定怎么处理用户的请求。

location 模块看起来挺简单的，但真要自己写，有时候就会觉得无从下手，我应该用 location /images 、 location ^~ /images 还是 location ~ /images 呢？我应该帮这个location 规则放在什么位置呢？将规则放在最前面会影响已有的配置吗？....上面说的问题，相信大部分同学都遇到过，想要彻底解决，就必须要了解 location 的处理逻辑，当然这也是本篇文章的目的所在。

二、location 的选项有哪些？

location [ = | ~ | ~* | ^~ ] uri { ... }

按照匹配模式进行区分，location 后可以放置两种类型的匹配规则，分别是前缀字符串（prefix string）和正则表达式（regular expression）。其中前缀字符串包括 =、^~ 以及不设置（也就是空串），而正则表达式只有 ~ 和 ~*。（这五种选项是经常看到的，还有一种不常用的 location @name { ... } ，并不在今天的讨论范围）

三、location 的匹配规则

只有请求 uri 满足 location 的规则，才有可能被应用，而对于不同的匹配模式，location 的匹配规则也是不同的

前缀字符串

顾名思义，它表示从请求 uri 的开头开始进行匹配，如果用 JavaScript 来描述的话，当 uri.indexOf(locationRule.uri) === 0 时表示满足匹配规则，其中 uri 表示请求路径，而 locationRule.uri 表示 location 设置的规则。

其中 = 选项比较特殊，它又叫做精准匹配，只有匹配规则与请求 uri 完全相等时才表示满足条件，即只有当 uri === locationRule.uri 时才表示匹配成功。

正则表达式

其实就是通过正则匹配来验证是否满足规则，nginx 使用的是 Perl 兼容正则表达式 (PCRE)，网上可以找到很多验证正则表达式的站点，这里就不再展开了。但要注意，为了方便配置，nginx 进行了一些非标准的优化，例如，不必像在标准正则表达式中那样转义 URL 中的正斜杠(/)等等。

而对于 ~ 和 ~* 唯一的区别就是：~ 区分大小写，而 ~* 不区分大小写。

总结

下面，我们对 location 的选项进行一个简单的总结

选项	匹配规则	示例
=	精准匹配	`location = /test {...}`
^~	从请求 uri 的开头进行匹配	`location ^~ /test {...}`
[空串]	从请求 uri 的开头进行匹配	`location /test {...}`
~	区分大小写的正则匹配	`location ~ /test {...}`
~*	不区分大小写的正则匹配	`location ~* /test {...}`

四、location 的应用规则

理论篇

在了解完匹配规则后，我们来看下 nginx 是如何应用这些规则的，这就要说到 location 的顺序问题了。

下面是根据实践以文档总结出来的 location 应用规则的逻辑：

将 server 块中的 location 按照匹配模式分成两个列表，分别为前缀字符串规则列表和正则匹配规则列表。
首先遍历前缀字符串规则列表，当满足匹配的规则是精准匹配时（即匹配选项是 =），直接应用该规则，结束流程；否则找到匹配规则最长的那条记录（记作 maxLenthStringPrefixRule），继续执行逻辑3；
如果 maxLenthStringPrefixRule 存在且匹配选项是 ^~ ，应用该规则，结束流程；否则，执行逻辑4；
遍历正则匹配规则列表，如果满足匹配规则，则直接应用，流程结束；如果直到循环结束后依然没有满足规则的 location，则执行逻辑5；
如果 maxLenthStringPrefixRule 存在，则应用该规则，流程结束；如果没有则返回 404，同样结束流程。

如果上述描述看着很难理解，可以尝试看下面的伪代码。

// 字符串匹配的规则集合，按照在 .conf 文件中的顺序放置到该集合中
const stringPrefixRuleList = [...]
// 正则匹配的规则集合，按照在 .conf 文件中的顺序放置到该集合中
const regularExpressionRuleList = [...]
// 用于存放最长字符串匹配的规则
let maxLenthStringPrefixRule;
// 遍历字符串匹配的规则集合
for (let stringPrefixRule of stringPrefixRuleList) {
    // 符合匹配规则
    if (stringPrefixRule.isMatched()) {
        // 匹配选项是精准匹配
        if (stringPrefixRule.option === '=') {
            // 应用该规则，结束流程
            applyRule(stringPrefixRule);
            return;
        }
        // 将最长匹配规则记录下来，留到后面使用
        if (!maxLenthStringPrefixRule 
            || stringPrefixRule.uri.length > maxLenthStringPrefixRule.uri.length) {
            maxLenthStringPrefixRule = stringPrefixRule
        }
    }
}
// 如果最长匹配规则的选项是 ^~, 则应用该规则，流程结束
if (maxLenthStringPrefixRule && maxLenthStringPrefixRule.option === '^~') {
    applyRule(maxLenthStringPrefixRule);
    return;
}
// 遍历正则匹配规则集合
for (let regularExpressionRule of regularExpressionRuleList) {
    // 如果有规则匹配上，则直接应用，流程结束
    if (regularExpressionRule.isMatched()) {
        applyRule(regularExpressionRule);
        return;
    }
}
// 如果最长字符串匹配的规则存在，则应用该规则
if (maxLenthStringPrefixRule) {
    applyRule(maxLenthStringPrefixRule);
    return;
}
// 404，规则未找到
throw new Error(404)

由此，我们可以得到几个结论：

命中 = 匹配规则后会终止搜索，并直接使用该规则。所以，如果某个请求 url 频繁发生，例如 /，我们可以在 nginx.conf 中添加 location = / 规则，这会加速这些请求的处理速度，因为在命中规则后会终止搜索。
^~ 和空串的前缀匹配，区别在于，如果命中 ^~ 的规则，并且是最长前缀匹配，就会终止搜索正则匹配规则列表。
除了命中精准匹配外，前缀字符串匹配列表都会被遍历一遍，并且找到最长匹配的那条 location 规则，所以前缀字符串匹配和在文件中的位置无关，但是和匹配长度有关。
由于正则匹配的时间、资源消耗较多，所以 nginx 在对 location 规则进行正则匹配时，命中一个就直接使用了，所以正则匹配和 location 规则在文件中的位置有关

实践篇

从上面的理论篇中，大家应该能大致了解到 nginx 是如何命中 location 规则的，为了加深大家记忆，同时也为了能佐证理论是对的，我们来一些实践吧。

我们的模板是这样的，后面所有的实践内容，都是放到两个 rule section 之间。

server {
    listen	9001;
    location / {
        default_type text/html;
        return 200 'hello world';
    }
    # ===== rule section ======
    # ===== rule section ======

精准匹配优先级最高

location /test {
    default_type text/html;
    return 200 '/test';
}

location ~ /test {
   default_type text/html;
   return 200 '~ /test';
}

location = /test {
   default_type text/html;
   return 200 '= /test';
}

我们在 nginx.conf 放置了 /test、~ /test、= /test 三个 location 规则，随后在浏览器输入 localhost:9001/test，发现输出内容是 = /test，符合我们的预期，= 选项的优先级最高。

正则匹配和顺序有关

location ~ /test {
   default_type text/html;
   return 200 '~ /test';
}

location ~ /test/*/demo {
   default_type text/html;
   return 200 '~ /test/*/demo';
}

随后我们将 rule section 区块替换成 ~ /test 和 ~ /test/*/demo 规则，在浏览器输入 localhost:9001/test/xyz/demo，从正则角度来说，/test/xyz/demo 既满足 /test规则，又满足 /test/*/demo 规则，但是由于 ~ /test 在文件中位置靠前，所以优先被命中，理论上应该会输出 ~ /test，校验后发现，确实是这样。

正则、^~前缀匹配、空前缀匹配混搭

location ^~ /test {
   default_type text/html;
   return 200 '^~ /test';
}
location /test/more/andmore {
   default_type text/html;
   return 200 '/test/more/andmore';
}
location ~ /test {
   default_type text/html;
   return 200 '~ /test';
}

将 section rule 区域替换成上述内容，然后在浏览器中输入 localhost:9001/test/more/andmore，猜猜会发生什么？

我们来一起分析下：

没有精准匹配的规则
找到最长的前缀字符串匹配规则是 /test/more/andmore，它不是 ^~ 选项，所以会遍历正则匹配规则
发现 ~ /test 满足匹配规则，直接应用该规则，所以会输出 location ~ /test 规则块的内容，也就是 ~ /test

我们再来试一下，在浏览器输入 localhost:9001/test/more，会显示什么呢？

没有精准匹配规则
最长前缀字符串匹配规则是 ^~ /test，是 ^~ 选项，所以不用遍历正则匹配规则列表，所以页面会显示 ^~ /test。

通过校验后发现，上述分析的结果和实际显示结果是一样的。

上面几个实践都比较简单，大家也可以尝试各种组合，然后按照上面的分析步骤来检验下自己是不是真的理解了 location。

五、总结

看完上面的介绍，相信大家对 location 规则的处理逻辑都有一定的了解，也应该明白为什么在文章开头说曾经看到的结论对、也不对了。

如果要用对 location 顺序进行总结的话，可以在原有的基础上适当的进行一些扩展：

精准匹配 =
前缀匹配 ^~，如果该前缀匹配是最长前缀匹配规则，则应用
正则匹配 ~、~*，和该规则在文件中的顺序有关，执行顺序从上到下
不带修饰符的前缀匹配，和匹配规则的长度有关，只会应用最长的匹配规则，与在文件中的顺序无关

参考链接：nginx.org/en/docs/htt…

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