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Node.js中cluster模組的介紹

不言原創: 2018-07-04 11:20:271202瀏覽

這篇文章主要介紹了Node.js中cluster模組的介紹，有著一定的參考價值，現在分享給大家，有需要的朋友可以參考一下

Node的單線程設計已經沒法更充分的"壓榨"機器性能了，Node新增了一個內置模組cluster，它可以通過一個父進程管理一坨子進程的方式來實現集群的功能，這篇文章主要介紹了深入剖析Node.js cluster模組，有興趣的小夥伴可以參考一下

cluster模組概覽

node實例是單執行緒作業的。在服務端程式設計中，通常會建立多個node實例來處理客戶端的請求，以此提升系統的吞吐率。對這樣多個node實例，我們稱之為cluster（叢集）。

借助node的cluster模組，開發者可以在幾乎不修改原有專案程式碼的前提下，獲得叢集服務帶來的好處。

叢集有以下兩種常見的實作方案，而node自帶的cluster模組，採用了方案二。

方案一：多個node實例多個端口

集群內的node實例，各自監聽不同的端口，再由反向代理實現請求到多個連接埠的分發。

優點：實作簡單，各實例相對獨立，這對服務穩定性有好處。
缺點：增加連接埠佔用，進程之間通訊比較麻煩。

方案二：主程序向子程序轉送請求

群集內，建立一個主程序(master)，以及若干個子程序( worker)。由master監聽客戶端連線請求，並依照特定的策略，轉送給worker。

優點：通常只佔用一個端口，通訊相對簡單，轉送策略更靈活。
缺點：實作相對複雜，對主流程的穩定性要求較高。

入門實例

#在cluster模組中，主程式稱為master，子程式稱為worker。

範例如下，建立與CPU數目相同的服務端實例，來處理客戶端請求。注意，它們監聽的都是同樣的連接埠。

// server.js
var cluster = require(&#39;cluster&#39;);
var cpuNums = require(&#39;os&#39;).cpus().length;
var http = require(&#39;http&#39;);

if(cluster.isMaster){
 for(var i = 0; i < cpuNums; i++){
  cluster.fork();
 }
}else{
 http.createServer(function(req, res){
  res.end(`response from worker ${process.pid}`);
 }).listen(3000);

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

建立批次腳本：./req.sh。

#!/bin/bash

# req.sh
for((i=1;i<=4;i++)); do  
 curl http://127.0.0.1:3000
 echo ""
done

輸出如下。可以看到，響應來自不同的進程。

response from worker 23735
response from worker 23731
response from worker 23729
response from worker 23730

cluster模組實作原理

了解cluster模組，主要搞清楚3個問題：

master、worker如何通訊？
多個server實例，如何實作連接埠共用？
多個server實例，來自客戶端的請求如何分發到多個worker？

下面會結合示意圖介紹，原始碼層級的介紹，可以參考筆者的github。

問題1：master、worker如何通訊

這個問題比較簡單。 master程序透過 cluster.fork() 來建立 worker進程。 cluster.fork() 內部是透過 child_process.fork() 來建立子程序。

也就是說：

master行程、worker行程是父、子行程的關係。
master進程、woker進程可以透過IPC通道進行通訊。（重要）

問題2：如何實作連接埠共用

在前面的範例中，多個woker中建立的server監聽了同個連接埠3000。通常來說，多個進程監聽同個端口，系統會報錯。

為什麼我們的例子沒問題呢？

秘訣在於，net模組中，對 listen() 方法進行了特殊處理。根據目前進程是master進程，還是worker進程：

master進程：在該連接埠上正常監聽請求。（沒做特殊處理）
worker行程：建立server實例。然後透過IPC通道，向master進程發送訊息，讓master進程也建立 server 實例，並在該連接埠上監聽請求。當請求進來時，master程序將請求轉送給worker程序的server實例。

歸納起來，就是：master程序監聽特定端口，並將客戶請求轉送給worker進程。

如下圖所示：

問題3：如何將請求分發到多個worker

每當worker程序建立server實例來監聽請求，都會透過IPC通道，在master上進行註冊。當客戶端請求到達，master會負責將請求轉發給對應的worker。

具體轉送給哪個worker？這是由轉送策略決定的。可以透過環境變數NODE_CLUSTER_SCHED_POLICY設置，也可以在cluster.setupMaster(options)時傳入。

默认的转发策略是轮询（SCHED_RR）。

当有客户请求到达，master会轮询一遍worker列表，找到第一个空闲的worker，然后将该请求转发给该worker。

master、worker内部通信小技巧

在开发过程中，我们会通过 process.on('message', fn) 来实现进程间通信。

前面提到，master进程、worker进程在server实例的创建过程中，也是通过IPC通道进行通信的。那会不会对我们的开发造成干扰呢？比如，收到一堆其实并不需要关心的消息？

答案肯定是不会？那么是怎么做到的呢？

当发送的消息包含cmd字段，且改字段以NODE_作为前缀，则该消息会被视为内部保留的消息，不会通过message事件抛出，但可以通过监听'internalMessage'捕获。

以worker进程通知master进程创建server实例为例子。worker伪代码如下：

// woker进程
const message = {
 cmd: &#39;NODE_CLUSTER&#39;,
 act: &#39;queryServer&#39;
};
process.send(message);

master伪代码如下：

worker.process.on(&#39;internalMessage&#39;, fn);

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