Nginx Upstream Keepalive是一个Nginx的第三方Module，用于替代Nginx官方提供的Upstream模块中的upstream directive，实现在Nginx中保持长连接的效果，从而提高Nginx在处理大量连接时的性能。下面将从使用场景、原理、配置等不同方面进行详细阐述。
一、使用场景
在web应用中，当客户端发起请求时，请求会被传递到web server上，web server需要分配请求到相应的后端服务器处理。通常情况下，web server使用proxy_pass指令将请求转发给后端服务器，如下所示：
location /api/ {
proxy_pass http://backend;
}
这时候，Nginx会建立与后端服务器的短链接，处理完该请求后立即关闭链接，这个周期会一直循环下去。但是，这会受到客户端连接数量和服务器响应时间的限制。Nginx Upstream Keepalive的作用就是在客户端与后端之间建立一个长连接，使得客户端与后端服务器之间的连接在一段时间内保持打开状态，从而减小连接建立和关闭的开销，提高性能。
二、原理
Nginx Upstream Keepalive模块在处理连接时，实现了TCP连接池的功能。建立TCP连接时，Nginx会维护一个client-ip：port -> server-ip：port的列表，每次客户端连接过来时直接从列表中取，如果有空闲的就直接取出使用，如果没有就新建一个连接。
对于每个连接，Nginx会维护其keepalive timeout（keepalive连接的超时时间）和keepalive_requests（这个连接最多处理的请求数量），在超出这两者的时间或请求数量后，Nginx会关闭该连接。这样在短时间内，下次请求如果是同一个客户端，则可以直接使用该连接，而无需再进行TCP三次握手，从而提高响应速度。
三、配置
下面是使用Nginx Upstream Keepalive模块的配置方法：
upstream backend {
server 127.0.0.1:8080;
keepalive 32;
}
server {
listen 80;
server_name localhost;
location /api/ {
proxy_pass http://backend;
proxy_http_version 1.1;
proxy_set_header Connection "";
}
}
在upstream指令里面，keepalive参数为连接池的大小，即最多可以维护多少个长连接。默认值为0，表示不启用keepalive机制。在server指令里，proxy_set_header Connection ""指定了告诉后端服务不要关闭连接，从而实现长连接。
四、注意事项
在使用Nginx Upstream Keepalive模块时，需要考虑以下几点：
- keepalive_timeout指令与proxy_read_timeout指令之间的关系：如果proxy_read_timeout指令的值小于keepalive_timeout，则长时间没收到后端响应的请求会将连接关闭
- client_max_body_size指令与keepalive_requests指令之间的关系：如果客户端传输的数据体积超过client_max_body_size，则连接会被关闭，即使keepalive_requests还未达到上限
- keepalive_timeout指令的值应该根据应用而定，不能设置得太小或太大；keepalive_requests指令的值也应该根据具体情况来定，不能设置得太小或太大
- 如果upstream里有多个server，keepalive_connections此时表示的是每个server用来缓存TCP连接的数量，即连接池的大小。因为每个server都维护一个连接池，所以对于upstream中有多个server的情况，upstream keepalive的总缓存连接数量会是三个server的keepalive_connections之和
五、总结
Nginx Upstream Keepalive模块可以为web应用提供性能优化的功能，通过使用长连接，避免了TCP三次握手和挥手的时间消耗。在使用时需要注意keepalive_timeout、keepalive_requests、client_max_body_size指令的配置，从而实现最佳的性能。
