通过调试 Nginx 源码来定位有趣 Nginx 转发合并斜杠和编码问题

背景
前段时间出现了一个请求在测试环境签名成功，在线上环境签名失败的情况，排查原因是线上url中有双斜杠会被合并成一个传给后端，在测试环境中不会出现。这个就比较神奇了，Nginx 版本完全一样。
确认问题
方式是抓包确认：在线上Nginx和测试Nginx抓包，对比
以下例子中

218.218.218.218是线上服务器Nginx的ip
121.121.121.121是自己电脑出口ip
10.0.0.1是线上Nginx的局域网ip
10.0.0.2是 Java 业务机的局域网 ip

1. 从自己电脑到线上Nginx的包如下：

17:41:47.110728 IP 121.121.121.121.50935 > 218.218.218.218.80: Flags [P.]
GET /easicar/v1//subCourses/9952078022974031963e5d9a399e9958/text?subCourseId=9952078022974031963e5d9a399e9958 HTTP/1.1
Host: masaike.seewo.com
User-Agent: curl/7.54.0
Accept: */*

2. Nginx到后端的请求如下

17:41:47.113138 IP 10.0.0.1.49610 > 10.0.0.2.40088: Flags [P.]

GET /easicar/v1/subCourses/9952078022974031963e5d9a399e9958/text?subCourseId=9952078022974031963e5d9a399e9958 HTTP/1.1
x-ccloud-pre: 1
X-Forwarded-Url: http://masaike.seewo.com/easicare/v1//subCourses/9952078022974031963e5d9a399e9958/text?subCourseId=9952078022974031963e5d9a399e9958
Host: masaike.seewo.com
X-Real-IP: 121.121.121.121
X-Forwarded-For: 121.121.121.121
X-Forwarded-Proto: http
User-Agent: curl/7.54.0
Accept: */*

可以看到Nginx转发到后端Java这里的时候，/easicar/v1//subCourses/已经没有两个斜杠了，但是测试环境转到后端的时候是有的，这里就不贴包内容了。
自己在本地测试了很久，发现都不会合并多余的/，决定debug一下Nginx的源码看看
环境：Mac+Clion
最终跟进了代码：src/http/modules/ngx_http_proxy_module.c的ngx_http_proxy_create_request函数
下面这段代码是生成转发给upstream的http包

b->last = ngx_copy(b->last, method.data, method.len);
*b->last++ = ' ';

u->uri.data = b->last;

// 拷贝uri，核心差别就在这里
// 如果unparsed_uri=1,url部分就使用unparsed_uri.data,就是没有合并斜杠的url
// 如果unparsed_uri=0,url部分就使用uri.data,就是合并过斜杠的url

if (plcf->proxy_lengths && ctx->vars.uri.len) {
    b->last = ngx_copy(b->last, ctx->vars.uri.data, ctx->vars.uri.len);
} else if (unparsed_uri) {
    // 如果unparsed_uri=1，url使用unparsed_uri.data
    b->last = ngx_copy(b->last, r->unparsed_uri.data, r->unparsed_uri.len);

} else {
    if (r->valid_location) {
        b->last = ngx_copy(b->last, ctx->vars.uri.data, ctx->vars.uri.len);
    }

    if (escape) {
        ngx_escape_uri(b->last, r->uri.data + loc_len,
                       r->uri.len - loc_len, NGX_ESCAPE_URI);
        b->last += r->uri.len - loc_len + escape;

    } else {
        // 如果unparsed_uri=0，url使用uri.data，uri.data是合并过的url
        b->last = ngx_copy(b->last, r->uri.data + loc_len,
                           r->uri.len - loc_len);
    }

    // 这里是拼接querystring
    if (r->args.len > 0) {
        *b->last++ = '?';
        b->last = ngx_copy(b->last, r->args.data, r->args.len);
    }
}

那么unparsed_uri这个标记位怎么来的?
ctx->vars.uri.len == 0 的情况下会置位1，vars.uri的值的含义是Nginx配置文件中proxy_pass server后面那段
比如proxy_pass http://my-tomcat-server;那么vars.uri值是NULL
比如proxy_pass http://my-tomcat-server/nimei;那么vars.uri值是/nimei


if (plcf->proxy_lengths && ctx->vars.uri.len) {
    uri_len = ctx->vars.uri.len;

} else if (ctx->vars.uri.len == 0 && r->valid_unparsed_uri && r == r->main)
{
    // ctx->vars.uri.len == 0 的情况下会置位1
    unparsed_uri = 1;
    uri_len = r->unparsed_uri.len;

} else {
    loc_len = (r->valid_location && ctx->vars.uri.len) ?
                  plcf->location.len : 0;

    if (r->quoted_uri || r->space_in_uri || r->internal) {
        escape = 2 * ngx_escape_uri(NULL, r->uri.data + loc_len,
                                    r->uri.len - loc_len, NGX_ESCAPE_URI);
    }

    uri_len = ctx->vars.uri.len + r->uri.len - loc_len + escape
              + sizeof("?") - 1 + r->args.len;
}

回过来看这个问题，就很简单了

location /easicar {
     proxy_pass http://easicar/easicar;
     
测试环境配置
location / {
     proxy_pass http://nginx-ingress;

线上配置server后面多了/easicar，会走unparsed_uri=0的逻辑，会使用合并过/的url，测试环境server后面是空的，会走unparsed_uri=1的逻辑，会不合并url
还有一个问题，merge_slashes这个指令有什么用？merge_slashes这个指令默认是开的，会决定会不会自动合并uri中的/，决定了uri这个基础，会不会有第一步合并这一步

同类的衍生问题

这个问题看起来表面上只影响了双斜杠的问题，实际上很多地方都有影响，比如刚刚好线上又出现了一起问题
请求是： /easicar/v1/subCourses/{subCourseId}/comments/create
因为前端问题{subCourseId}，没有用值覆盖它，在线上不正常，HTTP 状态码返回 400，在测试环境正常
。还是因为那个问题导致的。
实验结果如下
1、server 后面有内容的时候 (模拟线上情况)

proxy_pass http://my-tomcat-server/nimei 

客户端请求到 Nginx
19:03:01.396763 IP 127.0.0.1.61759 > 127.0.0.1.8080: Flags [P.]
POST /apm-demo-server/%7Bfoo%7D//bar HTTP/1.1
Content-Type: text/plain; charset=utf-8

Nginx请求到upstream
19:03:01.398280 IP6 ::1.61760 > ::1.8111: Flags [P.]
POST /nimei/{foo}/bar HTTP/1.1
X-Forwarded-Url: http://ya-dev.test.xiwo.com/apm-demo-server/%7Bfoo%7D//bar

可以看到转发到后端服务器那里的时候已经是解码过的{foo}

2、server 后面没有内容的时候 (模拟测试环境)


客户端请求到 Nginx
19:16:37.949701 IP 127.0.0.1.62054 > 127.0.0.1.8080: Flags [P.]
POST /apm-demo-server/%7Bfoo%7D//bar HTTP/1.1

Nginx请求到upstream
19:16:37.953191 IP6 ::1.62055 > ::1.8111: Flags [P.]
POST /apm-demo-server/%7Bfoo%7D//bar HTTP/1.1
X-Forwarded-Url: http://ya-dev.test.xiwo.com/apm-demo-server/%7Bfoo%7D//bar

可以看到转发到后端服务器那里的时候已经是未解码过的 %7Bfoo%7D
Nginx 在 server 后面 uri 不为空的时候，会把 url 解码、合并斜杆后的 url 传给 upstream 服务器，但是 tomcat 会拒绝掉部分未经编码的他觉得不合法的字符。无论发起方编码的多么好，都会有问题
解决办法有两种：

修改Nginx配置
修改tomcat配置 Connector 中 relaxedQueryChars 属性，使之支持 { 这些特殊字符

那么哪些是http协议认为的合法的字符呢？
写了一段代码，经过一层Nginx，转发到tomcat，遍历了0-127的所有字符，以下字符是一定不被tomcat允许的

< 0x3c
> 0x3e
^ 0x5e
` 0x60
{ 0x7b
| 0x7c
} 0x7d

看tomcat源码也可以知道

        i == ' ' || i == '\"' || i == '#' || i == '<' || i == '>' || i == '\\' ||
        i == '^' || i == '`'  || i == '{' || i == '|' || i == '}') {
    if (!REQUEST_TARGET_ALLOW[i]) {
        IS_NOT_REQUEST_TARGET[i] = true;
    }
}

具体可以参考：RFC 7230 和 RFC 3986

参考链接：stackoverflow.com/questions/1…