NodeJS의 마스터-작업자 패턴: 설명

JavaScript 기반 개발 플랫폼인 Node.js는 개발자가 JavaScript를 사용하여 서버 측 애플리케이션을 구축할 수 있도록 지원합니다. 단일 스레드, 이벤트 기반 아키텍처는 여러 스레드나 프로세스의 오버헤드 없이 수많은 동시 요청을 효율적으로 관리하는 핵심 강점입니다.

왜 숙련공 모델을 수용해야 할까요?

장점에도 불구하고 Node.js의 단일 스레드 특성에는 한계가 있습니다.

• CPU 바인딩된 작업: 이미지 조작이나 암호화 기능과 같은 작업은 단일 스레드를 차단하여 전체 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 강력한 오류 처리: 오류나 예외로 인해 단일 스레드가 충돌하면 전체 애플리케이션이 중단됩니다.
• 멀티 코어 비효율성: 단일 스레드 모델은 멀티 코어 프로세서를 충분히 활용하지 못합니다.

해결책은? Node.js의 Master-Worker 패턴(클러스터 모드라고도 함) 이 분산 시스템 설계에서는 여러 작업자 프로세스를 감독하는 마스터 프로세스를 사용합니다. 주인은 작업자를 관리하고 모니터링하고 작업자는 개별 작업을 처리합니다.

마스터-워커 패턴 구현

Node.js는 Master-Worker 구현을 위해 cluster 모듈을 활용합니다. 이 모듈은 여러 하위 프로세스 생성을 단순화하고 제어 및 프로세스 간 통신을 위한 메커니즘을 제공합니다. 분석 내용은 다음과 같습니다.

1. cluster 모듈을 가져와서 현재 프로세스가 마스터인지 워커인지 확인합니다.
2. 마스터인 경우 cluster.fork()를 사용하여 작업자 프로세스를 생성하고 이벤트 리스너를 연결하여 상태와 메시지를 모니터링합니다.
3. 작업자 프로세스는 특정 작업을 실행하고 process.send()을 통해 마스터와 통신합니다.

간단한 예

이 기본 예는 cluster 모듈을 보여줍니다.

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

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

  // Spawn workers.
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`);
  });
} else {
  // Workers share a TCP connection (e.g., HTTP server).
  http
    .createServer((req, res) => {
      res.writeHead(200);
      res.end('Hello from Worker!');
    })
    .listen(8000);

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

마스터 프로세스는 마스터인지 확인합니다(cluster.isMaster 사용). 그렇다면 CPU 코어 수와 동일한 작업자를 생성합니다. 각 작업자는 자체 메모리와 V8 인스턴스를 갖춘 독립적인 프로세스입니다. 작업자는 HTTP 서버를 설정하고 요청을 수신합니다. exit 이벤트는 작업자 충돌을 처리하여 마스터가 작업자를 다시 시작할 수 있도록 합니다.

고급 애플리케이션: Nginx 로드 밸런싱

Nginx를 역방향 프록시 및 로드 밸런서로 사용하여 여러 Node.js 프로세스에 요청을 분산함으로써 확장성을 강화합니다.

Nginx 구성 예:

http {
    upstream node_cluster {
        server 127.0.0.1:8000;
        server 127.0.0.1:8001;
        server 127.0.0.1:8002;
        # ... more Node.js processes
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://node_cluster;
            proxy_http_version 1.1;
            proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
            proxy_set_header Connection 'upgrade';
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_cache_bypass $http_upgrade;
        }
    }
}

Nginx는 node_cluster에 나열된 Node.js 프로세스 간에 요청을 균등하게 분배합니다.

마스터-워커 패턴의 장점

• 로드 분산: 여러 Node.js 프로세스가 들어오는 요청을 분산하여 처리량을 높입니다.
• 내결함성 및 가용성: 작업자 충돌은 다른 사람에게 영향을 주지 않습니다. 마스터가 다시 시작합니다.
• CPU 바인딩된 작업 처리: 여러 작업자가 CPU 집약적인 작업을 처리하여 메인 스레드 차단을 방지합니다.

고려사항

• 공유 상태: 작업자는 독립적입니다. 상태 공유에는 데이터베이스와 같은 외부 솔루션이 필요합니다.

요약하자면 cluster 모듈을 사용하여 구현된 Node.js의 Master-Worker 패턴은 다중 프로세스 애플리케이션을 구축하고 성능과 안정성을 향상시키는 간단하면서도 강력한 방법을 제공합니다.

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