NodeJS 中的主從模式：解釋

Node.js 是一個基於 JavaScript 的開發平台，使開發人員能夠使用 JavaScript 建立伺服器端應用程式。 其單執行緒、事件驅動架構是一個關鍵優勢，可以有效管理大量並發請求，而無需多個執行緒或進程的開銷。

為什麼要採用主工模式？

儘管 Node.js 有其優點，但它的單執行緒特性也有其限制：

• CPU 密集型操作： 影像處理或加密函數等任務可能會阻塞單一線程，從而影響整體效能。
• 強大的錯誤處理：由於錯誤或異常而導致的單執行緒崩潰會導致整個應用程式停止。
• 多核心效率低：單執行緒模型未充分利用多核心處理器。

解決方案？ Node.js 的主從模式（也稱為叢集模式）。這種分散式系統設計使用一個主進程來監督多個工作進程。 master 管理和監控工人，而工人則處理個人任務。

實現Master-Worker模式

Node.js 利用 cluster 模組來實作 Master-Worker。此模組簡化了多個子進程的創建，並提供了控制和進程間通訊的機制。 詳細介紹如下：

1. 導入cluster模組並辨識目前程序是master還是worker。
2. 如果是主進程，請使用 cluster.fork() 產生工作進程並附加事件偵聽器來監視其狀態和訊息。
3. Worker進程執行特定任務並透過process.send()與master進行通訊。

一個簡單的例子

這個基本範例示範了 cluster 模組：

<code class="language-javascript">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`);
}</code>

主程序決定它是否為主程序（使用cluster.isMaster）。 如果是這樣，它會建立等於 CPU 核心數的工作執行緒。每個worker都是一個獨立的進程，有自己的記憶體和V8實例。 Worker 建立一個 HTTP 伺服器並監聽請求。 exit 事件處理工作進程崩潰，使主進程能夠重新啟動它們。

進階應用：Nginx 負載平衡

使用 Nginx 作為反向代理和負載平衡器來跨多個 Node.js 進程分發請求，從而增強可擴展性。

Nginx 設定範例：

<code class="language-nginx">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;
        }
    }
}</code>

Nginx 在 node_cluster.

中列出的 Node.js 進程之間均勻分配請求

Master-Worker 模式的優點

• 負載分佈：多個 Node.js 進程分發傳入請求，提高吞吐量。
• 容錯性和可用性：worker 崩潰不會影響其他人；主人重新啟動它。
• CPU 密集型任務處理： 多個工作進程處理 CPU 密集型操作，防止主執行緒阻塞。

需要考慮的要點

• 共用狀態： Worker 是獨立的；狀態共用需要資料庫等外部解決方案。

總之，使用 cluster 模組實現的 Node.js 主從模式提供了一種簡單而強大的方法來構建多進程應用程序，提高效能和可靠性。

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