openresty源码剖析——lua代码的加载

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##Openresty是什么

OpenResty是一个基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台,通过把lua嵌入到Nginx中，使得我们可以用轻巧的lua语言进行nginx的相关开发，处理高并发，扩展性极高的动态 Web 应用。

大家知道lua_code_cache 开关用于控制是否缓存*_by_lua_file对应的文件里的lua代码

lua_code_cache off的情况下，跟请求有关的阶段，在每次有请求来的时候，都会重新加载最新的lua文件，这样我们修改完代码之后就不用通过reload来更新代码了

而*_by_lua_block、*_by_lua和init_by_lua_file里的代码(init_by_lua阶段和具体请求无关)，如果修改的内容涉及这几个，仍需要通过reload来更新代码

那openresty是如何实现这些，如何完成加载代码，和代码缓存的呢？

##Nginx配置

假设Nginx相关的配置如下所示

lua_code_cache off;

location ~ ^/api/([-_a-zA-Z0-9/]+) {
    content_by_lua_file lua/$1.lua;
}

当来到的请求符合 ^/api/([-_a-zA-Z0-9/] 时，会在NGX_HTTP_CONTENT_PHASE HTTP请求内容阶段交给 lua/$1.lua来处理

比如

/api/addition 交给 lua/addition.lua 处理

/api/substraction 交给 lua/substraction .lua 处理

##请求的处理

content_by_lua_file对应的请求来临时，执行流程为 ngx_http_lua_content_handler -> ngx_http_lua_content_handler_file-> ngx_http_lua_content_by_chunk

配置项相关

  324     { ngx_string("content_by_lua_file"),
  325       NGX_HTTP_LOC_CONF|NGX_HTTP_LIF_CONF|NGX_CONF_TAKE1,
  326       ngx_http_lua_content_by_lua,
  327       NGX_HTTP_LOC_CONF_OFFSET,
  328       0,
  329       (void *) ngx_http_lua_content_handler_file }

  670 char *
  671 ngx_http_lua_content_by_lua(ngx_conf_t *cf, ngx_command_t *cmd, void *conf)
  672 {
  673 ...
  756     llcf->content_handler = (ngx_http_handler_pt) cmd->post;//设置回调函数为ngx_http_lua_content_handler_file
  757 ...
  768     clcf->handler = ngx_http_lua_content_handler;//使用按需挂载处理函数的方式挂载处理函数，处理函数为ngx_http_lua_content_handler
  769
  770     return NGX_CONF_OK;
  771 }

处理函数

  135 ngx_int_t
  136 ngx_http_lua_content_handler(ngx_http_request_t *r)137 {
  138 ...
  152
  153     ctx = ngx_http_get_module_ctx(r, ngx_http_lua_module);//获取请求在ngx_http_module模块对应的上下文结构
  154
  155     dd("ctx = %p", ctx);
  156
  157     if (ctx == NULL) {
  158         ctx = ngx_http_lua_create_ctx(r);//如果之前没有设置过上下文，调用ngx_http_lua_create_ctx创建上下文结构
  159         if (ctx == NULL) {
  160             return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR;
  161         }
  162     }
  163
  164     dd("entered? %d", (int) ctx->entered_content_phase);
  165
  166 ...
  205     return llcf->content_handler(r);//调用ngx_http_content_handler_file函数
  206 }

创建上下文结构

  259 ngx_http_lua_create_ctx(ngx_http_request_t *r)
  260 {
  261 ...
  276     if (!llcf->enable_code_cache && r->connection->fd != (ngx_socket_t) -1) {//如果lua_code_cache off
  277 ...
  281         L = ngx_http_lua_init_vm(lmcf->lua, lmcf->cycle, r->pool, lmcf,
  282                                  r->connection->log, &cln);//为请求初始化一个新的lua_state
  296         ctx->vm_state = cln->data;
  297
  298     } else {
  299         ctx->vm_state = NULL;//不分配新的lua_state,这样所有请求都会使用ngx_http_lua_module模块的lua_state
  300     }
  301
  302

276行如果关闭了lua代码缓存，那么openresty就会为每一个请求创建一个新的lua_state 并设置相关的字段，最后赋值给ctx->vm_state,

ctx->vm_state的类型如下

typedef struct {
     lua_State       *vm;
     ngx_int_t        count;
 } ngx_http_lua_vm_state_t;

回调函数

  229 ngx_int_t
  230 ngx_http_lua_content_handler_file(ngx_http_request_t *r)
  231 {
  232 ...
  244     script_path = ngx_http_lua_rebase_path(r->pool, eval_src.data,
  245                                                     eval_src.len);//获取lua文件的路径
  251     L = ngx_http_lua_get_lua_vm(r, NULL);//获得lua_state,如果请求有自己的lua_state则使用请求自己的lua_state，否则使用ngx_http_lua_module模块的lua_state
  252
  253     /*  load Lua script file (w/ cache)        sp = 1 */
  254     rc = ngx_http_lua_cache_loadfile(r->connection->log, L, script_path,
  255                                      llcf->content_src_key);//加载代码
  256 ...
  267     return ngx_http_lua_content_by_chunk(L, r);//创建协程执行代码的函数
  268 }

##代码加载

  204 ngx_int_t
  205 ngx_http_lua_cache_loadfile(ngx_log_t *log, lua_State *L,
  206     const u_char *script, const u_char *cache_key)
  207 {
  208 ...
  232     rc = ngx_http_lua_cache_load_code(log, L, (char *) cache_key);
  233     if (rc == NGX_OK) {//代码在全局变量table中存在，则返回
  234 ...
  237         return NGX_OK;
  238     }
  239 ...
  250     rc = ngx_http_lua_clfactory_loadfile(L, (char *) script);//
  251 ...
  279     rc = ngx_http_lua_cache_store_code(L, (char *) cache_key);
  280 ...
  285     return NGX_OK;
  286
  287 error:
  288 ...
  294 }

代码加载分成3步完成

ngx_http_lua_cache_load_code 从lua_state的全局变量table中加载代码，如果全局缓存中有就返回

ngx_http_lua_clfactory_loadfile 用自定义的函数从文件中加载代码

ngx_http_lua_cache_store_code 把代码存放到lua_state的全局变量table中

尝试从全局变量table中加载代码

 34 static ngx_int_t
 35 ngx_http_lua_cache_load_code(ngx_log_t *log, lua_State *L,
 36     const char *key)
 37 {
 38 ...
 41     /*  get code cache table */
 42     lua_pushlightuserdata(L, &ngx_http_lua_code_cache_key);
 43     lua_rawget(L, LUA_REGISTRYINDEX);    /*  sp++ */
 44 ...
 52     lua_getfield(L, -1, key);    /*  sp++ */
 53
 54     if (lua_isfunction(L, -1)) {
 55         /*  call closure factory to gen new closure */
 56         rc = lua_pcall(L, 0, 1, 0);
 57         if (rc == 0) {
 58 ...
 61             return NGX_OK;
 62         }
 63 ...
 75         return NGX_ERROR;
 76     }
 77 ...
 85     return NGX_DECLINED;
 86 }

42-52行，相当于LUA_REGISTRYINDEX[‘ngx_http_lua_code_cache_key’][‘key’]以ngx_http_lua_code_cache_key为索引从全局注册表表中查找key对于的value

54-61行，如果value存在并且为一个函数，因为这里的函数体是 return function() … end包裹的所以在56行需要再调用lua_pcall执行下，以获得返回的函数并将返回的函数结果放到栈顶，最终将 LUA_REGISTRYINDEX从栈中移除

如果代码缓存关闭的时候，openresty会为每一个请求创建一个新的lua_state，这样请求来临的时候在全局变量table中找不到对应的代码缓存，需要到下一步ngx_http_lua_clfactory_loadfile中读取文件加载代码

如果代码缓存打开的时候，openresty会使用ngx_http_lua_module全局的lua_state，这样只有新的lua文件，在首次加载时需要到ngx_http_lua_clfactory_loadfile中读取文件加载代码，第二次来的时候便可以在lua_state对应的全局变量table中找到了

从文件中读取代码

598 ngx_int_t
599 ngx_http_lua_clfactory_loadfile(lua_State *L, const char *filename)
600 {
601 ...
615     lf.begin_code.ptr = CLFACTORY_BEGIN_CODE;
616     lf.begin_code_len = CLFACTORY_BEGIN_SIZE;
617     lf.end_code.ptr = CLFACTORY_END_CODE;
618     lf.end_code_len = CLFACTORY_END_SIZE;
619 ...
622     lf.f = fopen(filename, "r");
623 ...
700     status = lua_load(L, ngx_http_lua_clfactory_getF, &lf,
701                       lua_tostring(L, -1));
702 ...
716     return status;

#define CLFACTORY_BEGIN_CODE "return function() "

#define CLFACTORY_END_CODE "\nend"

700行用自定义的ngx_http_lua_clfactory_getF函数读取lua代码

并在原有代码的开头加上了return function() 结束处加上了\nend

缓存代码

103 ngx_http_lua_cache_store_code(lua_State *L, const char *key)
104 {
105 ...
108     lua_pushlightuserdata(L, &ngx_http_lua_code_cache_key);
109     lua_rawget(L, LUA_REGISTRYINDEX);
110 ...
118     lua_pushvalue(L, -2); /* closure cache closure */
119     lua_setfield(L, -2, key); /* closure cache */
120 ...
122     lua_pop(L, 1); /* closure */
123 ...
125     rc = lua_pcall(L, 0, 1, 0);
126 ...
131     return NGX_OK;
132 }

108-119行，相当于 LUA_REGISTRYINDEX[‘ngx_http_lua_code_cache_key’][‘key’] = function xxx,将代码放入全局table中

122行，将 LUA_REGISTRYINDEX从栈中弹出

125行，因为代码块是 return function() … end包裹的，所以在56行需要再调用lua_pcall执行以获得返回的函数

##总结

1、当lua_code_cache off的情况下，openresty关闭lua代码缓存，为每一个请求都创建一个新的lua_state，这样每一个请求来临的时候在新创建的lua_state中，都在全局table的代码缓存中找不到代码，需要重新读取文件加载代码，

因此可以立即动态加载新的lua脚本，而不需要reload nginx，但因为每个请求都需要分配新的lua_state,和读取文件加载代码，所以性能较差

2、当lua_code_cache on的情况下，openresty打开lua代码缓存，每一个请求使用ngx_http_lua_module全局的lua_state，新的lua文件在首次加载的时候，会去读取文件加载代码，然后存放到lua的全局变量中，

请求再次的时候就会在lua_state全局table缓存中找到了，不需要再读取文件加载代码，因此修改完代码之后，需要reload nginx之后才可以生效

3、通过 content_by_lua_file 中使用 Nginx 变量时，可以在实现在lua_code_cache on的情况下动态加载新的 Lua 脚本，而不需要reload nginx