더 나은 성능을 위해 Node.js 애플리케이션을 클러스터링하세요.

Node.js는 속도와 효율성으로 잘 알려져 있어 확장 가능한 고성능 애플리케이션을 구축하는 데 널리 사용됩니다.
그러나 기본적으로 Node.js는 단일 스레드입니다. 즉, 단일 CPU 코어에서 실행되므로 멀티 코어 서버 환경에서는 제한될 수 있습니다. 애플리케이션이 리소스 집약적이거나 높은 트래픽이 예상되는 경우 서버의 CPU 코어 사용을 최대화하는 것이 좋습니다.
여기서 Node.js 클러스터링이 필요합니다.

이 게시물에서는 Node.js 클러스터링이 무엇인지, 이것이 왜 중요한지, 이를 사용하여 애플리케이션의 성능을 향상시키는 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.

Node.js 클러스터링이란 무엇입니까?

Node.js 클러스터링은 Node.js 애플리케이션의 여러 인스턴스(작업자)를 생성하여 모든 CPU 코어를 활용할 수 있는 기술입니다.
이러한 작업자는 동일한 포트를 공유하며 마스터 프로세스에 의해 관리됩니다. 각 작업자는 들어오는 요청을 독립적으로 처리할 수 있으므로 애플리케이션이 작업 부하를 분산하고 요청을 병렬로 처리할 수 있습니다.

Node.js 애플리케이션을 클러스터링하면 다음이 가능합니다.

• 다중 CPU 코어 활용
• 애플리케이션 성능 향상
• 한 작업자가 충돌하는 경우 내결함성 제공
• 코드베이스를 지나치게 복잡하게 하지 않고 수평으로 확장

클러스터링은 어떻게 작동하나요?

Node.js 클러스터에는 여러 작업자 프로세스를 제어하는 마스터 프로세스가 있습니다.
마스터 프로세스는 HTTP 요청을 직접 처리하지 않지만 이를 수행하는 작업자를 관리합니다. 클라이언트의 요청은 이러한 작업자 전체에 분산되어 로드 균형을 효율적으로 조정합니다.

어떤 이유로 작업자 프로세스가 충돌하는 경우 마스터 프로세스가 새 프로세스를 생성하여 가동 중지 시간을 최소화할 수 있습니다.

클러스터링은 언제 사용해야 합니까?

클러스터링은 다음과 같은 애플리케이션에 특히 유용합니다.

• 트래픽이 많고 동시에 수많은 요청을 처리해야 함
• 비디오 인코딩, 이미지 처리 또는 대규모 데이터 구문 분석과 같은 CPU 바인딩 작업을 수행합니다.
• 완전히 활용되지 않는 멀티 코어 프로세서에서 실행됩니다. 애플리케이션이 데이터베이스 쿼리나 API 호출과 같은 I/O 작업을 기다리는 데 많은 시간을 소비하는 경우 클러스터링은 성능을 크게 향상시키지 못할 수 있습니다.

위의 경우 비동기 프로그래밍 기술을 사용하여 처리량을 향상시킬 수 있습니다.

Node.js에서 클러스터링을 구현하는 방법

Node.js는 클러스터를 쉽게 생성할 수 있도록 내장된 클러스터 모듈을 제공합니다. Node.js 애플리케이션을 클러스터링하는 방법에 대한 간단한 예를 살펴보겠습니다.

1단계: 애플리케이션 설정
클러스터링을 추가하기 전에 간단한 HTTP 서버(server.js)가 있다고 가정해 보겠습니다.

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200);
  res.end('Hello World\n');
});

server.listen(3000, () => {
  console.log(`Worker process ID: ${process.pid} is listening on port 3000`);
});

이 애플리케이션은 단일 코어에서 실행됩니다. 클러스터링을 사용하도록 수정해보겠습니다.

2단계: 클러스터 모듈 사용
클러스터 모듈을 사용하면 현재 프로세스를 여러 작업자 프로세스로 분기할 수 있습니다. 클러스터링을 구현하는 방법은 다음과 같습니다.

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const os = require('os');

// Get the number of CPU cores
const numCPUs = os.cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`Master process ID: ${process.pid}`);

  // Fork workers for each CPU core
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  // Listen for worker exit and replace it with a new one
  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`Worker ${worker.process.pid} died. Spawning a new one...`);
    cluster.fork();
  });
} else {
  // Workers share the same TCP connection
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Hello from worker ' + process.pid + '\n');
  }).listen(3000);

  console.log(`Worker process ID: ${process.pid}`);
}

설명:
1. 마스터 프로세스: 프로세스가 시작되면 마스터 프로세스(cluster.isMaster)인지 확인합니다. 마스터는 각 CPU 코어마다 하나씩 작업자 프로세스 포크를 담당합니다. os.cpus() 메서드는 사용 가능한 CPU 코어 수를 검색하는 데 사용됩니다.

2. 작업자 프로세스: 각 CPU 코어에 대해 새 작업자가 분기됩니다(cluster.fork()). 이러한 작업자 프로세스는 HTTP 서버를 실행하고 들어오는 요청을 처리합니다.

3. 내결함성: 작업자 프로세스가 충돌되면 Cluster.on('exit') 이벤트가 트리거되고 죽은 작업자를 대체하기 위해 새 작업자가 생성됩니다.

3단계: 클러스터링된 애플리케이션 테스트
이제 애플리케이션을 실행하면:

node server.js

각각 고유한 프로세스 ID를 가진 여러 작업자가 생성되는 것을 볼 수 있습니다. 각 요청은 서로 다른 작업자에 의해 처리되어 로드 균형을 효과적으로 조정합니다.

여러 요청을 보내고 작업 부하가 작업자 간에 어떻게 분산되는지 관찰하여 클러스터링이 애플리케이션 성능을 어떻게 향상시키는지 테스트할 수 있습니다.

그러므로 다음에 고성능 Node.js 애플리케이션을 구축할 때는 클러스터링을 고려하는 것을 잊지 마세요!

이 블로그는 여기까지입니다! 더 많은 업데이트를 기대하고 계속해서 놀라운 앱을 만들어 보세요! ?✨
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