Прошу прощения, пропустил вторую часть ответа.

С proxy_cache_lock_age и proxy_cache_lock_age я уже игрался. Никакого влияния на ситуацию не заметил.
Равномерность трудно проверить, так как запросов довольно много и какие-то флуктуации-таки есть. Но похоже что да, равномерно. Прямо полное ощущение, что proxy_cache_lock не работает вообще.