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：

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。
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

javascript 复制代码

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`);
  });
}