Nginx与PHP-FPM的连接超时配置：解决高并发下的504 Gateway Timeout问题

Nginx与PHP-FPM的连接超时配置：解决高并发下的504 Gateway Timeout问题

各位朋友，大家好。今天我们来聊聊在高并发场景下，Nginx 与 PHP-FPM 如何配置连接超时，以及如何避免常见的 504 Gateway Timeout 错误。504 错误往往是系统瓶颈的直接体现，也是我们优化性能的关键入口。

一、504 Gateway Timeout 错误产生的根本原因

504 Gateway Timeout 错误，顾名思义，是指 Nginx 作为网关，向上游服务器（通常是 PHP-FPM）发送请求后，在规定的时间内没有收到响应，从而返回给客户端的错误。其本质是：Nginx 认为 PHP-FPM 服务处理请求超时了。

造成超时的原因有很多，可以简单归纳为以下几类：

• PHP-FPM 处理请求缓慢： 这是最常见的原因。可能是 PHP 代码本身效率低下，执行了大量耗时操作（如复杂的数据库查询、大文件读写、远程 API 调用等）。也可能是 PHP-FPM 服务器资源不足（CPU、内存），导致处理能力下降。
• Nginx 与 PHP-FPM 之间的网络问题： 尽管通常它们部署在同一台服务器上，但网络连接仍然可能存在问题，例如网络拥塞、丢包等。
• PHP-FPM 进程池拥堵： PHP-FPM 的进程池如果已经全部被占用，新的请求只能排队等待，如果等待时间超过 Nginx 的超时设置，就会返回 504 错误。
• Nginx 超时配置不合理： Nginx 的超时设置过短，即使 PHP-FPM 能够正常处理请求，但如果处理时间略长，仍然可能被 Nginx 判定为超时。
• PHP-FPM 本身故障： PHP-FPM 进程崩溃、挂起等异常情况也会导致 Nginx 收不到响应。

二、Nginx 中与 PHP-FPM 连接相关的超时配置项

Nginx 与 PHP-FPM 通信通常使用 FastCGI 协议。因此，我们需要关注与 FastCGI 相关的超时配置项。这些配置项主要位于 http, server, location 块中，作用范围依次递减。

以下是几个关键的配置项：

• fastcgi_connect_timeout: Nginx 尝试连接到 PHP-FPM 服务器的超时时间。如果在这个时间内无法建立连接，Nginx 将返回错误。

  • 默认值：60s
  • 建议：根据实际网络环境调整。如果 PHP-FPM 服务器负载较高或网络不稳定，可以适当增加该值。

• fastcgi_send_timeout: Nginx 向 PHP-FPM 服务器发送请求的超时时间。如果在这个时间内无法将完整的请求发送完毕，Nginx 将中断连接。

  • 默认值：60s
  • 建议：一般情况下，请求体不会太大，默认值即可。如果需要上传大文件，则需要适当增加。

• fastcgi_read_timeout: Nginx 等待 PHP-FPM 服务器响应的超时时间。这是最关键的配置项，直接影响 504 错误。如果在这个时间内没有收到 PHP-FPM 的响应，Nginx 将返回 504 Gateway Timeout 错误。

  • 默认值：60s
  • 建议：需要根据 PHP 脚本的执行时间进行调整。对于执行时间较长的脚本，应该适当增加该值。

• fastcgi_buffers: 用于读取 PHP-FPM 响应的缓冲区数量和大小。

  • 默认值：8 4k|8 8k
  • 建议：如果 PHP-FPM 返回较大的响应头或内容，需要适当增加缓冲区大小。

• fastcgi_buffer_size: 用于读取 PHP-FPM 响应的第一行数据的缓冲区大小，例如状态行和响应头。

  • 默认值：4k|8k
  • 建议：如果 PHP-FPM 返回较大的响应头，需要适当增加缓冲区大小。

• fastcgi_busy_buffers_size: 当 busy buffer 超过此值时，nginx 不会再从 fastcgi 读取新的数据，直到 busy buffer 降到此值以下。

  • 默认值：8k|16k
  • 建议：需要大于 fastcgi_buffer_size，否则可能出现缓冲区溢出。

• fastcgi_temp_file_write_size: 写入临时文件的缓冲区大小。当响应数据大于 fastcgi_buffers * fastcgi_buffer_size 时，Nginx 会将响应数据写入临时文件。

  • 默认值：8k|16k
  • 建议：一般情况下，默认值即可。如果响应数据非常大，可以适当增加。

• fastcgi_temp_path: 临时文件存储目录。

  • 默认值：由 Nginx 配置文件中的 client_body_temp_path 指令决定。
  • 建议：选择一个拥有足够空间且速度较快的磁盘。

三、PHP-FPM 相关配置项

除了 Nginx 的配置，PHP-FPM 也有一些相关的配置项需要关注，主要位于 php-fpm.conf 或相关 pool 配置文件中。

• request_terminate_timeout: PHP 脚本的最大执行时间。如果脚本执行时间超过此值，PHP-FPM 将强制终止该脚本。

  • 默认值：0 (表示永不超时)
  • 建议：不建议设置为 0，应该根据实际情况设置一个合理的超时时间，避免恶意脚本占用资源。 需要注意的是，该值应该小于 Nginx 的 fastcgi_read_timeout，否则即使 PHP-FPM 终止了脚本，Nginx 仍然会等待超时。

• request_slowlog_timeout: 当 PHP 脚本执行时间超过此值时，PHP-FPM 将记录一条慢日志。

  • 默认值：0 (表示不记录慢日志)
  • 建议：建议设置一个合理的超时时间，方便定位性能瓶颈。

• slowlog: 慢日志的存储路径。

  • 默认值：未设置
  • 建议：指定一个合适的存储路径，方便分析慢日志。

• pm: 进程管理方式。

  • 可选值：static, dynamic, ondemand
  • 建议：在高并发场景下，建议使用 dynamic 或 ondemand，可以根据实际负载动态调整进程数量。

• pm.max_children: 最大子进程数量。

  • 默认值：取决于系统资源
  • 建议：根据系统资源和并发量进行调整。过小的 pm.max_children 可能导致进程池拥堵，过大的 pm.max_children 可能导致系统资源耗尽。

• pm.start_servers: 启动时创建的子进程数量。

  • 默认值：取决于系统资源
  • 建议：根据实际负载进行调整。

• pm.min_spare_servers: 空闲子进程的最小数量。

  • 默认值：取决于系统资源
  • 建议：根据实际负载进行调整。

• pm.max_spare_servers: 空闲子进程的最大数量。

  • 默认值：取决于系统资源
  • 建议：根据实际负载进行调整。

四、配置示例

以下是一个 Nginx 和 PHP-FPM 的配置示例，用于处理高并发场景下的超时问题。

Nginx 配置 (nginx.conf):

http {
    # ... 其他配置 ...

    fastcgi_connect_timeout 30s;
    fastcgi_send_timeout 30s;
    fastcgi_read_timeout 120s;  # 关键：增加读取超时时间

    fastcgi_buffers 16 8k;
    fastcgi_buffer_size 16k;
    fastcgi_busy_buffers_size 32k;

    server {
        # ... 其他配置 ...

        location ~ .php$ {
            # ... 其他配置 ...

            fastcgi_pass unix:/run/php/php7.4-fpm.sock;  # 根据实际情况修改
            fastcgi_index index.php;
            include fastcgi.conf;
        }
    }
}

PHP-FPM 配置 (php-fpm.conf 或 pool 配置文件):

[www]  ; pool name

listen = /run/php/php7.4-fpm.sock  ; 根据实际情况修改
listen.owner = www-data
listen.group = www-data

pm = dynamic
pm.max_children = 50  ; 根据系统资源调整
pm.start_servers = 10
pm.min_spare_servers = 5
pm.max_spare_servers = 20

request_terminate_timeout = 90s  ; 关键：设置脚本最大执行时间，小于 Nginx 的 fastcgi_read_timeout
request_slowlog_timeout = 10s
slowlog = /var/log/php7.4-fpm.log  ; 根据实际情况修改

五、排查与优化步骤

如果仍然出现 504 Gateway Timeout 错误，可以按照以下步骤进行排查和优化：

1. 检查 Nginx 错误日志 (error.log): Nginx 错误日志会记录 504 错误以及其他相关信息，例如连接错误、超时错误等。

2. 检查 PHP-FPM 日志 (error.log 和 slowlog): PHP-FPM 错误日志会记录 PHP 脚本的错误信息，慢日志会记录执行时间超过 request_slowlog_timeout 的脚本。

3. 检查系统资源 (CPU、内存、磁盘 I/O): 使用 top, free, iostat 等命令检查服务器的 CPU、内存、磁盘 I/O 使用情况，判断是否存在资源瓶颈。

4. 优化 PHP 代码: 使用性能分析工具 (例如 Xdebug) 分析 PHP 代码，找出性能瓶颈，并进行优化。可以考虑以下几个方面：

   • 减少数据库查询次数和数据量。
   • 使用缓存 (例如 Memcached, Redis) 缓存热点数据。
   • 优化算法和数据结构。
   • 避免阻塞操作 (例如同步 I/O)。

5. 调整 Nginx 和 PHP-FPM 配置: 根据实际情况调整 Nginx 和 PHP-FPM 的超时时间、缓冲区大小、进程管理方式等配置项。

6. 增加 PHP-FPM 进程数量: 如果 CPU 负载不高，可以适当增加 pm.max_children，以提高并发处理能力。

7. 优化数据库: 如果数据库是瓶颈，可以考虑以下几个方面：

   • 优化 SQL 查询。
   • 添加索引。
   • 使用数据库连接池。
   • 升级数据库服务器。
   • 使用读写分离。

8. 使用 CDN: 使用 CDN 可以缓存静态资源，减轻服务器的负载。

9. 负载均衡: 使用负载均衡可以将请求分发到多台服务器上，提高系统的整体处理能力。

六、一些需要注意的点

• 超时时间设置要合理： 超时时间设置过短可能导致误判，超时时间设置过长则会浪费资源。需要根据实际情况进行权衡。
• 监控与告警： 建立完善的监控与告警系统，及时发现和解决问题。
• 压力测试： 在生产环境上线之前，进行充分的压力测试，模拟高并发场景，找出潜在的瓶颈。
• 逐步调整： 修改配置后，逐步进行测试，避免一次性修改过多配置导致问题难以定位。

七、代码示例：模拟耗时操作

为了演示超时配置的效果，我们可以创建一个简单的 PHP 脚本，模拟耗时操作。

<?php

// 模拟耗时操作
sleep(rand(5, 15)); // 随机睡眠 5 到 15 秒

echo "Hello, world!";

?>

将该脚本部署到 PHP-FPM 服务器上，并使用 Nginx 访问。然后，可以逐步调整 Nginx 和 PHP-FPM 的超时配置，观察 504 错误的变化。

八、表格：常用配置项及其建议值

配置项	位置	默认值	建议值	说明
fastcgi_connect_timeout	http, server, location	60s	30s – 60s (根据网络环境调整)	Nginx 连接 PHP-FPM 的超时时间。
fastcgi_send_timeout	http, server, location	60s	30s – 60s (一般情况下足够)	Nginx 发送请求到 PHP-FPM 的超时时间。
fastcgi_read_timeout	http, server, location	60s	90s – 180s (根据 PHP 脚本执行时间调整)	Nginx 等待 PHP-FPM 响应的超时时间。 关键配置，直接影响 504 错误。
fastcgi_buffers	http, server, location	8 4k|8 8k	8 8k – 16 8k (根据 PHP-FPM 返回内容大小调整)	用于读取 PHP-FPM 响应的缓冲区数量和大小。
fastcgi_buffer_size	http, server, location	4k|8k	8k – 16k (根据 PHP-FPM 返回的响应头大小调整)	用于读取 PHP-FPM 响应的第一行数据的缓冲区大小。
fastcgi_busy_buffers_size	http, server, location	8k|16k	16k – 32k (需要大于 fastcgi_buffer_size)	当 busy buffer 超过此值时，nginx 不会再从 fastcgi 读取新的数据，直到 busy buffer 降到此值以下。
request_terminate_timeout	php-fpm.conf	0 (永不超时)	60s – 120s (必须小于 Nginx 的 fastcgi_read_timeout)	PHP 脚本的最大执行时间。 关键配置，防止恶意脚本占用资源。
request_slowlog_timeout	php-fpm.conf	0 (不记录)	5s – 15s (根据实际情况调整)	当 PHP 脚本执行时间超过此值时，PHP-FPM 将记录一条慢日志。
pm	php-fpm.conf	static	dynamic 或 ondemand (高并发场景推荐)	进程管理方式。 dynamic：动态调整进程数量； ondemand：按需创建进程。
pm.max_children	php-fpm.conf	取决于系统资源	根据系统资源和并发量调整 (例如 30 – 80)	最大子进程数量。

九、总结：优化配置，避免超时

解决 Nginx 与 PHP-FPM 的 504 Gateway Timeout 问题，需要综合考虑 Nginx 和 PHP-FPM 的配置，以及 PHP 代码本身的性能。合理的超时配置、充足的系统资源、优化的代码是解决问题的关键。通过监控日志、分析性能瓶颈，可以逐步优化系统，提高在高并发场景下的稳定性。