核心模块 - cluster 模块 - 实现多进程集群

Node.js 《核心模块 - cluster 模块 - 实现多进程集群》

引言

在 Node.js 中，由于 JavaScript 是单线程执行的，这意味着在面对高并发场景时，单线程的 Node.js 应用可能无法充分利用多核 CPU 的性能。为了解决这个问题，Node.js 提供了 cluster 模块，它允许我们创建多个 Node.js 进程，形成一个多进程集群，从而充分利用多核 CPU 的优势，提高应用的性能和并发处理能力。

基本概念

主进程（Master Process）

主进程负责创建和管理子进程。它不处理具体的业务逻辑，主要的任务是监控子进程的状态，在子进程出现异常时进行重启等操作。

工作进程（Worker Process）

工作进程是实际处理业务逻辑的进程。主进程会将接收到的请求分发给工作进程进行处理。

cluster 模块的核心方法

演示代码

下面我们通过一个简单的 HTTP 服务器示例来演示如何使用 cluster 模块实现多进程集群。

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;
if (cluster.isMaster) {
    console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);
    // 根据 CPU 核心数创建工作进程
    for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
        cluster.fork();
    }
    // 监听工作进程退出事件
    cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
        console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出，代码: ${code}, 信号: ${signal}`);
        // 工作进程退出后，重新创建一个新的工作进程
        cluster.fork();
    });
} else {
    // 工作进程创建 HTTP 服务器
    http.createServer((req, res) => {
        res.writeHead(200);
        res.end(`你好，这是工作进程 ${process.pid}\n`);
    }).listen(8000);
    console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动，监听端口 8000`);
}

代码解释

1. 主进程部分：

   • 使用 cluster.isMaster 判断当前进程是否为主进程。
   • 通过 for 循环根据 CPU 核心数调用 cluster.fork() 方法创建工作进程。
   • 监听 'exit' 事件，当工作进程退出时，打印退出信息并重新创建一个新的工作进程。

2. 工作进程部分：

   • 创建一个简单的 HTTP 服务器，监听 8000 端口。
   • 当接收到请求时，返回包含当前工作进程 ID 的响应信息。

运行示例

将上述代码保存为 cluster-example.js，然后在终端中运行以下命令：

node cluster-example.js

你会看到类似以下的输出：

主进程 1234 正在运行
工作进程 1235 已启动，监听端口 8000
工作进程 1236 已启动，监听端口 8000
...

此时，你可以在浏览器中访问 http://localhost:8000，多次刷新页面，你会发现每次返回的工作进程 ID 可能不同，这说明请求是由不同的工作进程处理的。

注意事项

• 负载均衡：Node.js 的 cluster 模块默认使用 round-robin（轮询）算法进行负载均衡，将请求依次分发给不同的工作进程。
• 共享资源：工作进程之间是相互独立的，不能直接共享内存。如果需要共享资源，可以使用一些外部存储，如 Redis 等。

总结

通过使用 cluster 模块，我们可以轻松地创建多进程集群，充分利用多核 CPU 的性能，提高 Node.js 应用的并发处理能力。同时，主进程可以监控工作进程的状态，在工作进程出现异常时进行重启，保证应用的稳定性。希望本文能帮助你更好地理解和使用 Node.js 的 cluster 模块。