NodeJS 中的主从模式：解释

Node.js 是一个基于 JavaScript 的开发平台，使开发人员能够使用 JavaScript 构建服务器端应用程序。 其单线程、事件驱动架构是一个关键优势，可以有效管理大量并发请求，而无需多个线程或进程的开销。

为什么要采用主工模式？

尽管 Node.js 有其优点，但它的单线程特性也存在局限性：

• CPU 密集型操作： 图像处理或加密函数等任务可能会阻塞单个线程，从而影响整体性能。
• 强大的错误处理：由于错误或异常而导致的单线程崩溃会导致整个应用程序停止。
• 多核效率低下：单线程模型未充分利用多核处理器。

解决方案？ Node.js 的主从模式（也称为集群模式）。这种分布式系统设计使用一个主进程来监督多个工作进程。 master 管理和监控工人，而工人则处理个人任务。

实现Master-Worker模式

Node.js 利用 cluster 模块来实现 Master-Worker。该模块简化了多个子进程的创建，并提供了控制和进程间通信的机制。 详细介绍如下：

1. 导入cluster模块并识别当前进程是master还是worker。
2. 如果是主进程，请使用 cluster.fork() 生成工作进程并附加事件侦听器来监视其状态和消息。
3. Worker进程执行特定任务并通过process.send()与master进行通信。

一个简单的例子

这个基本示例演示了 cluster 模块：

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`);
}

主进程确定它是否是主进程（使用cluster.isMaster）。 如果是这样，它会创建等于 CPU 核心数的工作线程。每个worker都是一个独立的进程，拥有自己的内存和V8实例。 Worker 建立一个 HTTP 服务器并监听请求。 exit 事件处理工作进程崩溃，使主进程能够重新启动它们。

高级应用：Nginx 负载均衡

使用 Nginx 作为反向代理和负载均衡器来跨多个 Node.js 进程分发请求，从而增强可扩展性。

Nginx 配置示例：

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;
        }
    }
}

Nginx 在 node_cluster.

中列出的 Node.js 进程之间均匀分配请求

Master-Worker 模式的优点

• 负载分布：多个 Node.js 进程分发传入请求，提高吞吐量。
• 容错性和可用性：worker 崩溃不会影响其他人；主人重新启动它。
• CPU 密集型任务处理： 多个工作进程处理 CPU 密集型操作，防止主线程阻塞。

需要考虑的要点

• 共享状态： Worker 是独立的； 状态共享需要数据库等外部解决方案。

总之，使用 cluster 模块实现的 Node.js 主从模式提供了一种简单而强大的方法来构建多进程应用程序，提高性能和可靠性。

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