node.js之---集群（Cluster）模块

为什么会有集群（Cluster）模块？

集群（Cluster）模块的作用

如何使用集群（Cluster）模块？

为什么会有集群（Cluster）模块

Node.js 是基于 单线程事件驱动 模型的，这意味着每个 Node.js 进程只会在一个 CPU 核心上运行。虽然 Node.js 的事件循环模型非常适合处理 I/O 密集型的操作，但它在 CPU 密集型任务（例如复杂的计算、数据处理等）上的表现不如多核处理器那样高效。

问题背景：

1. 单线程限制：

   • Node.js 默认是单线程的，所有任务都由一个线程处理。对于大规模的并发请求，Node.js 可以高效地处理 I/O 请求，但在处理计算密集型任务时，单线程的性能可能无法满足需求。

2. 多核处理器的未利用：

   • 现代服务器通常配备多核处理器，多个 CPU 核心可以并行处理任务。Node.js 只使用一个核心，导致其无法充分利用多核处理器的性能优势。

因此，为了更好地利用服务器的硬件资源，并在多核环境中实现高并发和高性能，Node.js 提供了 集群（Cluster）模块，允许通过多个进程来并行工作，充分利用多核 CPU。

集群（Cluster）模块的作用

Node.js 集群模块提供了一个 多进程并发 机制，通过多个工作进程来分担主进程的负载。集群模块能够让 Node.js 应用同时在多个 CPU 核心上运行，从而提升应用的吞吐量和性能。

具体来说，集群模块的作用可以分为以下几个方面：

1. 提升性能与并发能力

• 多进程并行：集群模块可以启动多个工作进程，每个工作进程都能独立地处理请求，从而充分利用服务器的多核 CPU。每个工作进程都可以处理自己的请求，主进程负责协调和管理这些工作进程。
• 负载均衡：集群模块通过操作系统的负载均衡机制（例如 Linux 上的 SO_REUSEPORT）来自动将流量分发到多个工作进程，避免某个进程过载，提升系统的整体并发处理能力。

2. 增强应用的可扩展性

• 横向扩展：通过集群模块，Node.js 可以非常方便地将应用部署在多个进程中，而不需要改变应用的代码逻辑。这使得应用能够轻松地在多核服务器上扩展，甚至在云平台上分布式部署时更加灵活。
• 进程管理：主进程负责创建和管理多个工作进程，并且能够自动监控工作进程的状态。当工作进程出现异常或崩溃时，主进程可以自动重启这些进程，确保应用的高可用性。

3. 提高可靠性与容错性

• 容错机制：集群模块能够监控工作进程的状态。如果某个工作进程崩溃或异常退出，主进程可以自动重新启动它。这种容错机制提高了应用的可靠性，确保它在出现问题时不会彻底宕机。
• 平滑重启：在需要更新或维护时，集群模式可以实现平滑重启，主进程可以逐步重启工作进程，不会影响系统的稳定性和服务的可用性。

4. 使得 Node.js 更适合多核系统

• Node.js 本身是单线程的，这意味着它不能直接利用多个 CPU 核心。集群模块通过创建多个工作进程，使得每个进程运行在不同的核心上，从而使得 Node.js 可以在多核服务器上充分发挥性能。

5. 提供进程间通信（IPC）

• 集群模块允许主进程和工作进程之间进行 进程间通信（IPC）。工作进程可以通过 process.send() 向主进程发送消息，主进程也可以向工作进程发送命令或数据。这为进程间的协调和状态管理提供了有效的手段。

总结：集群模块的作用

• 负载均衡：将客户端请求分配到多个工作进程，确保每个进程都有相对均衡的负载。
• 多核利用：使 Node.js 能够充分利用多核处理器，提升应用的并发处理能力和整体性能。
• 容错和高可用性：确保即使某些工作进程崩溃，应用仍能正常运行，自动重启失败的进程。
• 可扩展性：方便应用横向扩展，能够动态增加或减少工作进程，适应不同的负载需求。
• 进程间通信：允许主进程和工作进程之间进行有效的通信和协调。

如何使用集群（Cluster）模块

1. 基本概念

• 主进程（Master Process）：负责启动和管理工作进程，处理负载均衡和进程监控。
• 工作进程（Worker Processes）：每个工作进程都有自己的事件循环和 HTTP 服务器，负责处理实际的请求。
• 主进程和工作进程之间可以通过 进程间通信（IPC） 进行通信。

2、Cluster模块

• cluster.isMaster：判断当前进程是否是主进程。
• cluster.fork()：在主进程中创建新的工作进程。
• cluster.on('exit', callback)：监听工作进程退出事件，可以进行容错处理。
• process.send()：主进程和工作进程之间的通信。

Cluster模块使用代码

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const os = require('os');// 获取 CPU 核心数
const numCPUs = os.cpus().length;if (cluster.isMaster) {console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);// 为每个 CPU 核心创建一个工作进程for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {cluster.fork();  // 创建工作进程}// 监听工作进程退出cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 退出`);});} else {// 工作进程处理请求http.createServer((req, res) => {res.writeHead(200);res.end(`请求由工作进程 ${process.pid} 处理`);}).listen(8000, () => {console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动，监听端口 8000`);});
}