Varnish Cache 运维教程 / 第03章：VCL 语言基础

第03章：VCL 语言基础

3.1 VCL 简介

VCL（Varnish Configuration Language）是 Varnish 的专属配置语言。它不是简单的声明式配置，而是一种领域特定语言（Domain Specific Language, DSL），经过编译后执行。VCL 允许您精确控制 Varnish 处理每个请求的行为。

VCL 版本历史

VCL 处理模型

# 每个 VCL 文件必须声明版本
vcl 4.1;

VCL 代码被编译为 C 代码，然后编译为共享库（.so），由 Varnish 运行时加载：

VCL 文件 → C 代码 → .so 共享库 → 加载执行

3.2 基本语法

3.2.1 文件结构

# 文件开头必须声明 VCL 版本
vcl 4.1;

# 导入 VMOD 模块
import std;

# 定义后端服务器
backend default {
    .host = "127.0.0.1";
    .port = "8080";
}

# 定义 ACL（访问控制列表）
acl local {
    "localhost";
    "192.168.0.0"/24;
}

# 定义子程序
sub vcl_recv {
    # 子程序内容
}

3.2.2 注释

# 单行注释（VCL 推荐使用 #）

// 另一种单行注释风格

/* 多行注释
   可以跨越多行 */

3.2.3 语句与分号

sub vcl_recv {
    # 每条语句以分号结尾
    set req.http.X-Debug = "true";

    # 条件语句不需要分号
    if (req.url ~ "^/api/") {
        return (pass);
    }

    # 最后一条语句前的分号可以省略（不推荐）
    return (hash)
}

3.2.4 字符串

# 双引号字符串
set req.http.Host = "www.example.com";

# 字符串拼接（使用 + 运算符）
set req.http.X-Full-URL = "https://" + req.http.Host + req.url;

# 长字符串可以使用 {} 跨行
set req.http.X-Long = {This is a
multi-line string
that spans several lines};

# 特殊字符
set req.http.X-Quote = "He said \"Hello\"";

3.3 数据类型

3.3.1 基本数据类型

3.3.2 时间间隔（DURATION）

# 时间单位
sub vcl_recv {
    # 秒：s
    set req.http.X-Time1 = "30s";

    # 分钟：m
    set req.http.X-Time2 = "5m";

    # 小时：h
    set req.http.X-Time3 = "1h";

    # 天：d
    set req.http.X-Time4 = "1d";

    # 周：w
    set req.http.X-Time5 = "1w";

    # 年：y
    set req.http.X-Time6 = "1y";
}

sub vcl_backend_response {
    # 设置 TTL
    set beresp.ttl = 300s;      # 5 分钟
    set beresp.ttl = 1h;        # 1 小时
    set beresp.grace = 24h;     # 24 小时
}

3.3.3 字节大小（BYTES）

# 字节单位
sub vcl_recv {
    # 字节：无单位
    set req.http.X-Size1 = "1024";

    # 千字节：k
    set req.http.X-Size2 = "1k";    # 1024 字节

    # 兆字节：m
    set req.http.X-Size3 = "1m";    # 1048576 字节

    # 吉字节：g
    set req.http.X-Size4 = "1g";    # 1073741824 字节
}

# 使用场景
sub vcl_backend_response {
    # 限制缓存对象最大大小
    if (beresp.body.bytes > 100m) {
        return (abandon);
    }
}

3.4 操作符

3.4.1 比较操作符

3.4.2 逻辑操作符

sub vcl_recv {
    # AND（与）
    if (req.method == "GET" && req.url ~ "^/api/") {
        return (hash);
    }

    # OR（或）
    if (req.url ~ "^/admin" || req.url ~ "^/login") {
        return (pass);
    }

    # NOT（非）
    if (!req.http.Cookie) {
        return (hash);
    }

    # 复合条件
    if ((req.method == "GET" || req.method == "HEAD")
        && req.url !~ "^/admin"
        && !req.http.Authorization) {
        return (hash);
    }
}

3.4.3 赋值操作符

sub vcl_recv {
    # 基本赋值
    set req.http.X-Request-ID = "12345";

    # 数值赋值
    set req.http.X-Timeout = "30s";

    # 删除头部
    unset req.http.Cookie;
    unset req.http.X-Debug;

    # 条件赋值（使用 if/else）
    if (req.url ~ "^/api/") {
        set req.http.X-Backend = "api";
    } else {
        set req.http.X-Backend = "web";
    }
}

3.4.4 正则表达式

sub vcl_recv {
    # 基本正则匹配
    if (req.url ~ "^/products/[0-9]+$") {
        # 匹配 /products/123 这样的 URL
        set req.http.X-Product-ID = regsub(req.url, "^/products/([0-9]+)$", "\1");
    }

    # 常用正则模式
    # 匹配静态资源
    if (req.url ~ "\.(css|js|jpg|png|gif|ico|woff2|svg)$") {
        set req.http.X-Static = "true";
    }

    # 匹配 API 路径
    if (req.url ~ "^/api/v[0-9]+/") {
        set req.http.X-API = "true";
    }

    # 不区分大小写匹配
    if (req.url ~ "(?i)\.PDF$") {
        set req.http.X-PDF = "true";
    }
}

3.4.5 字符串操作

import std;

sub vcl_recv {
    # regsub - 替换第一个匹配
    set req.http.X-Path = regsub(req.url, "\?.*$", "");

    # regsuball - 替换所有匹配
    set req.http.X-Clean = regsuball(req.url, "[^a-zA-Z0-9/]", "_");

    # 字符串长度
    set req.http.X-URL-Length = std.integer(req.url, 0);

    # 转小写
    set req.http.X-Lower = std.tolower(req.http.Host);

    # 转大写
    set req.http.X-Upper = std.toupper(req.http.X-Method);
}

3.5 子程序（Subroutines）

3.5.1 子程序类型

VCL 有两种类型的子程序：

1. 内置子程序（Built-in Subroutines）：由 Varnish 在特定处理阶段自动调用
2. 自定义子程序（Custom Subroutines）：用户定义，通过 call 语句调用

3.5.2 完整的请求生命周期子程序

客户端请求处理流程：

vcl_recv          → 接收请求，决定处理策略
    │
    ├── return(hash)    → vcl_hash → vcl_hit/vcl_miss
    │                       │
    │                       ├── vcl_hit → vcl_deliver
    │                       └── vcl_miss → vcl_backend_fetch
    │
    ├── return(pass)    → vcl_pass → vcl_backend_fetch
    │
    ├── return(pipe)    → vcl_pipe
    │
    ├── return(synth)   → vcl_synth
    │
    └── return(purge)   → vcl_purge

后端响应处理流程：

vcl_backend_fetch    → 发起后端请求
    │
    ├── return(deliver)  → vcl_backend_response → vcl_deliver
    │
    ├── return(retry)    → 重试后端请求
    │
    ├── return(error)    → vcl_backend_error
    │
    └── return(abandon)  → 放弃后端请求

响应发送流程：

vcl_deliver        → 发送响应给客户端
    │
    ├── return(deliver)  → 完成响应发送
    │
    └── return(synth)    → 生成合成响应

3.5.3 内置子程序详解

vcl_recv

请求到达时首先调用的子程序，用于决定请求的处理策略。

sub vcl_recv {
    # 可用的返回动作：
    # return (hash)     - 进行缓存查找
    # return (pass)     - 直接传递到后端
    # return (pipe)     - 管道模式
    # return (synth(status, reason)) - 合成响应
    # return (purge)    - 清除缓存
    # return (restart)  - 重新处理请求

    # 常见处理逻辑
    if (req.method != "GET" && req.method != "HEAD") {
        return (pass);
    }

    return (hash);
}

vcl_hash

用于计算缓存键。默认使用 URL 和 Host 头部。

sub vcl_hash {
    # 默认会自动 hash 以下内容：
    # hash_data(req.url);
    # hash_data(req.http.host); 或 hash_data(server.ip);

    # 可以添加额外的 hash 数据
    if (req.http.Accept-Encoding ~ "gzip") {
        hash_data("gzip");
    }

    # 添加设备类型到 hash
    if (req.http.User-Agent ~ "Mobile") {
        hash_data("mobile");
    }

    return (lookup);
}

vcl_hit

缓存命中时调用。

sub vcl_hit {
    # 返回动作：
    # return (deliver)   - 发送缓存的响应
    # return (synth)     - 合成响应
    # return (restart)   - 重新处理
    # return (pass)      - 绕过缓存
    # return (miss)      - 当作缓存未命中

    # 检查缓存对象是否过期
    if (obj.ttl >= 0s) {
        return (deliver);
    }

    # 对象已过期，检查是否有 grace 可用
    if (obj.ttl + obj.grace > 0s) {
        # 使用过期的缓存对象（grace 模式）
        return (deliver);
    }

    return (miss);
}

vcl_miss

缓存未命中时调用。

sub vcl_miss {
    # 返回动作：
    # return (fetch)   - 从后端获取
    # return (synth)   - 合成响应
    # return (restart) - 重新处理
    # return (pass)    - 绕过缓存

    return (fetch);
}

vcl_backend_fetch

发起后端请求前调用。

sub vcl_backend_fetch {
    # 返回动作：
    # return (fetch)    - 发起后端请求
    # return (error)    - 返回错误
    # return (abandon)  - 放弃请求

    # 修改后端请求
    set bereq.http.X-Forwarded-For = client.ip;

    return (fetch);
}

vcl_backend_response

收到后端响应后调用。

sub vcl_backend_response {
    # 返回动作：
    # return (deliver)  - 缓存并发送响应
    # return (retry)    - 重试后端请求
    # return (error)    - 返回错误
    # return (abandon)  - 放弃响应

    # 设置缓存时间
    if (bereq.url ~ "\.(css|js)$") {
        set beresp.ttl = 1h;
    } else if (bereq.url ~ "\.(jpg|png|gif)$") {
        set beresp.ttl = 7d;
    } else {
        set beresp.ttl = 5m;
    }

    # 不缓存错误响应
    if (beresp.status >= 400) {
        set beresp.ttl = 0s;
    }

    return (deliver);
}

vcl_deliver

发送响应给客户端前调用。

sub vcl_deliver {
    # 返回动作：
    # return (deliver) - 发送响应
    # return (synth)   - 合成响应

    # 添加调试头部
    if (obj.hits > 0) {
        set resp.http.X-Cache = "HIT (" + obj.hits + ")";
    } else {
        set resp.http.X-Cache = "MISS";
    }

    # 删除内部头部
    unset resp.http.X-Powered-By;
    unset resp.http.Server;

    return (deliver);
}

vcl_synth

生成合成响应。

sub vcl_synth {
    # 返回动作：
    # return (deliver)  - 发送合成响应
    # return (restart)  - 重新处理

    # 自定义错误页面
    if (resp.status == 750) {
        # 自定义重定向
        set resp.status = 301;
        set resp.http.Location = "https://www.example.com" + resp.reason;
        set resp.reason = "Moved";
        return (deliver);
    }

    if (resp.status == 760) {
        # 自定义错误页面
        set resp.status = 503;
        set resp.http.Content-Type = "text/html; charset=utf-8";
        synthetic({"<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>503 Service Unavailable</title></head>
<body>
<h1>服务暂时不可用</h1>
<p>请稍后再试。</p>
</body>
</html>"});
        return (deliver);
    }

    return (deliver);
}

vcl_pipe

管道模式，用于不支持缓存的协议（如 WebSocket）。

sub vcl_pipe {
    # 返回动作：
    # return (pipe)  - 继续管道传输

    # 注意：管道模式下 Varnish 只是转发字节流
    # 需要设置正确的头部以支持 WebSocket
    if (req.http.upgrade ~ "(?i)websocket") {
        set req.http.Connection = "upgrade";
        set req.http.Upgrade = "websocket";
    }

    return (pipe);
}

vcl_purge

处理缓存清除请求。

sub vcl_purge {
    # 返回动作：
    # return (synth(status, reason)) - 返回响应
    # return (restart) - 重新处理

    return (synth(200, "Purged"));
}

vcl_pass

直接传递请求到后端。

sub vcl_pass {
    # 返回动作：
    # return (fetch)  - 获取后端响应
    # return (synth)  - 合成响应
    # return (restart) - 重新处理

    return (fetch);
}

3.5.4 自定义子程序

# 定义自定义子程序
sub check_auth {
    # 检查认证
    if (!req.http.Authorization) {
        return (synth(401, "Unauthorized"));
    }
}

sub normalize_url {
    # URL 标准化
    set req.url = regsub(req.url, "\#.*$", "");
    set req.url = regsub(req.url, "\?.*$", "");
}

sub set_cache_policy {
    # 根据 URL 设置缓存策略
    if (req.url ~ "^/api/") {
        set req.http.X-Cache-TTL = "60";
    } else if (req.url ~ "\.(css|js)$") {
        set req.http.X-Cache-TTL = "3600";
    } else {
        set req.http.X-Cache-TTL = "300";
    }
}

# 在主子程序中调用自定义子程序
sub vcl_recv {
    call normalize_url;
    call set_cache_policy;

    if (req.url ~ "^/admin") {
        call check_auth;
    }

    return (hash);
}

3.6 内置变量

3.6.1 请求对象（req）

3.6.2 后端请求对象（bereq）

3.6.3 后端响应对象（beresp）

3.6.4 缓存对象（obj）

3.6.5 响应对象（resp）

3.6.6 服务器对象（server）

3.6.7 客户端对象（client）

3.6.8 时间相关变量

sub vcl_recv {
    # 使用时间变量
    if (now.hour >= 22 || now.hour < 6) {
        # 夜间模式
        set req.http.X-Night-Mode = "true";
    }

    # 基于日期的条件
    if (now.date == "2026-01-01") {
        # 特殊日期处理
        set req.http.X-Holiday = "true";
    }
}

3.7 返回动作汇总

3.7.1 vcl_recv 可用返回动作

3.7.2 返回动作速查表

3.8 条件语句

3.8.1 if-else 语句

sub vcl_recv {
    # 基本 if 语句
    if (req.method == "GET") {
        return (hash);
    }

    # if-else 语句
    if (req.url ~ "^/api/") {
        set req.http.X-Backend = "api";
    } else {
        set req.http.X-Backend = "web";
    }

    # if-elseif-else 语句
    if (req.url ~ "^/api/v1/") {
        set req.http.X-API-Version = "1";
    } elseif (req.url ~ "^/api/v2/") {
        set req.http.X-API-Version = "2";
    } else {
        set req.http.X-API-Version = "unknown";
    }
}

3.8.2 嵌套条件

sub vcl_recv {
    if (req.method == "GET") {
        if (req.url ~ "^/products/") {
            if (req.http.Cookie ~ "session=") {
                # 有 session 的产品页请求
                return (pass);
            } else {
                # 无 session 的产品页请求
                return (hash);
            }
        } else {
            return (hash);
        }
    } else {
        return (pass);
    }
}

3.9 注意事项

重要

1. VCL 文件必须以 vcl 4.1; 开头
2. 每个内置子程序必须有明确的 return 语句
3. VCL 中不能使用循环（for/while），这是设计决策
4. 字符串拼接使用 + 运算符，不是模板字符串
5. 正则匹配使用 ~ 操作符，捕获组使用 \1, \2 引用
6. VCL 变量的作用域限于当前请求的处理流程
7. set 和 unset 操作不可撤销

3.10 业务场景

场景一：多条件路由

sub vcl_recv {
    # 根据多种条件路由到不同后端
    if (req.http.Host ~ "^api\.") {
        set req.backend_hint = api_backend;
    } elseif (req.http.Host ~ "^static\.") {
        set req.backend_hint = static_backend;
    } elseif (req.url ~ "^/admin") {
        set req.backend_hint = admin_backend;
        call check_admin_auth;
    } else {
        set req.backend_hint = web_backend;
    }
}

场景二：URL 标准化

sub vcl_recv {
    # 移除尾部斜杠
    if (req.url != "/" && req.url ~ "/$") {
        set req.url = regsub(req.url, "/+$", "");
    }

    # 统一转小写（Host）
    set req.http.Host = std.tolower(req.http.Host);

    # 移除默认端口
    set req.http.Host = regsub(req.http.Host, ":(80|443)$", "");

    # 重定向带 www 到不带 www
    if (req.http.Host ~ "^www\.(.+)$") {
        return (synth(750, regsub(req.http.Host, "^www\.(.+)$", "https://\1" + req.url)));
    }
}

3.11 扩展阅读

• VCL 参考手册
• VCL 内置变量
• VCL 子程序
• Varnish VCL 语法