【仕組み解説】Nginxはどうやって大量のリクエストをさばいているのか — イベント駆動の仕組みを図解

Webサーバーは、ブラウザからの「このページを見せて」というリクエストを受け取って、HTMLや画像などを返す役割をしているんだよ。レストランでいうと、お客さんの注文を受けて料理を運んでくるウェイターみたいなものだね。

大きな違いはリクエストの処理方式だよ。Apacheは「プロセス／スレッド方式」で、リクエストが来るたびに担当者を1人割り当てるイメージ。一方Nginxは「イベント駆動方式」で、1人の担当者が複数のリクエストを同時にさばくんだ。Apacheはウェイターが1テーブルに1人付くレストラン、Nginxは1人のウェイターが全テーブルを効率よく回るファミレスみたいな感じだね。

そこがNginxの賢いところで、「イベントループ」という仕組みを使っているんだよ。普通は料理が出来上がるまでその場で待っちゃうけど、Nginxは「料理ができたら呼んでね」と伝えて、その間に別のテーブルの対応をするんだ。待ち時間をゼロにして次々と処理するから、少ないリソースで大量のリクエストをさばけるんだよ。

2000年代初頭に「C10K問題」というのが話題になったんだ。1台のサーバーで1万件の同時接続を処理できないという課題だね。Apacheのようにリクエストごとにプロセスを作る方式だと、1万接続で1万プロセスが必要になってメモリが足りなくなる。Nginxはこの問題を解決するために、イベント駆動アーキテクチャで設計されたんだよ。

リバースプロキシは、クライアントとアプリケーションサーバーの間に立つ「仲介役」だよ。ブラウザからのリクエストをまずNginxが受け取って、裏側にいるRailsやNode.jsなどのアプリサーバーに転送するんだ。こうすることで、アプリサーバーを直接インターネットにさらさなくて済むからセキュリティが上がるし、SSL終端といってHTTPSの暗号化処理もNginxが代わりに引き受けてくれるんだよ。

できるよ！ロードバランサーは、複数のアプリサーバーにリクエストを振り分ける機能だね。代表的な方式は2つあって、「ラウンドロビン」は順番に1台ずつ振り分ける方式、「IPハッシュ」は同じユーザーを毎回同じサーバーに振り分ける方式だよ。アクセスが多いサービスでは、サーバーを増やしてNginxで振り分けることで負荷を分散させているんだ。

HTMLやCSS、画像のような「変わらないファイル」を返すだけなら、わざわざアプリサーバーを動かす必要がないよね。Nginxはこういう静的ファイルの配信がとても高速で、カーネルのsendfileという仕組みを使ってディスクからネットワークに直接データを送れるんだ。アプリサーバーの負荷を減らすために、静的ファイルはNginxに任せてアプリの処理だけをバックエンドに回すのが一般的な構成だよ。

Nginxの設定ファイルは「ディレクティブ」と呼ばれる命令をブロックで囲む構造になっているよ。一番外側にhttpブロックがあって、その中にserverブロックでサイトごとの設定を書き、さらにlocationブロックでURLパスごとの振る舞いを定義するんだ。たとえば「スラッシュimagesで始まるURLは静的ファイルを返す」「それ以外はアプリサーバーに転送する」みたいに書けるよ。

典型的な構成は、インターネット側からまずNginxがリクエストを受けて、SSL終端で暗号化を解除し、静的ファイルならそのまま返す。動的なリクエストならリバースプロキシでバックエンドに転送する。バックエンドが複数台あればロードバランシングもする。さらにNginxはレスポンスをキャッシュする機能もあって、同じリクエストが来たらバックエンドに聞かずにキャッシュから即座に返せるんだ。1台で何役もこなすから、Webインフラの要になっているんだよ。

そのたとえはまさにぴったりだね。ちなみにNginxは世界のWebサイトの約3分の1で使われていて、NetflixやDropboxなど大規模サービスでも採用されているよ。最近はクラウド環境でKubernetesのIngress Controllerとしても活躍していて、コンテナへのトラフィック制御にも使われているんだ。軽量で高性能なNginxの設計思想は、現代のWebインフラに欠かせない存在になっているんだよ。