Node.js 集群

时间:2021-10-02 19:26:43
稳定性: 2 - 不稳定

单个 Node 实例运行在一个线程中。为了更好的利用多核系统的能力,可以启动 Node 集群来处理负载。

在集群模块里很容易就能创建一个共享所有服务器接口的进程。

var cluster = require('cluster');
var http = require('http');
var numCPUs = require('os').cpus().length; if (cluster.isMaster) {
// Fork workers.
for (var i = 0; i < numCPUs; i++) {
cluster.fork();
} cluster.on('exit', function(worker, code, signal) {
console.log('worker ' + worker.process.pid + ' died');
});
} else {
// Workers can share any TCP connection
// In this case its a HTTP server
http.createServer(function(req, res) {
res.writeHead(200);
res.end("hello world\n");
}).listen(8000);
}

运行 Node 后,将会在所有工作进程里共享 8000 端口。

% NODE_DEBUG=cluster node server.js
23521,Master Worker 23524 online
23521,Master Worker 23526 online
23521,Master Worker 23523 online
23521,Master Worker 23528 online

这个特性是最近才引入的,大家可以试试并提供反馈。

还要注意,在 Windows 系统里还不能在工作进程中创建一个被命名的管道服务器。

如何工作

child_process.fork 方法派生工作进程,所以它能通过 IPC 和父进程通讯,并相互传递句柄。

集群模块通过2种分发模式来处理连接。

第一种(默认方法,除了 Windows 平台)为循环式。主进程监听一个端口,接收新的连接,再轮流的分发给工作进程。

第二种,主进程监听 socket,并发送给感兴趣的工作进程,工作进程直接接收连接。

第二种方法理论上性能最高。实际上,由于操作系统各式各样,分配往往分配不均。列如,70%的连接终止于2个进程,实际上共有8个进程。

因为 server.listen() 将大部分工作交给了主进程,所以一个普通的 Node.js 进程和一个集群工作进程会在三种情况下有所区别:

  1. server.listen({fd: 7}) 由于消息被传回主进程,所以将会监听主进程里的文件描述符,而不是其他工作进程里的文件描述符 7。
  2. server.listen(handle) 监听一个明确地句柄,会使得工作进程使用指定句柄,而不是与主进程通讯。如果工作进程已经拥有了该句柄,前提是您知道在做什么。
  3. server.listen(0) 通常它会让服务器随机监听端口。然而在集群里每个工作进程 listen(0) 时会收到相同的端口。实际上仅第一次是随机的,之后是可预测的。如果你想监听一个特定的端口,可以根据集群的工作进程的ID生产一个端口ID 。

在 Node.js 或你的程序里没有路由逻辑,工作进程见也没有共享状态。因此,像登录和会话这样的工作,不要设计成过度依赖内存里的对象。

因为工作线程都是独立的,你可以根据需求来杀死或者派生而不会影响其他进程。只要仍然有工作进程,服务器还会接收连接。Node 不会自动管理工作进程的数量,这是你的责任,你可以根据自己需求来管理。

cluster.schedulingPolicy

调度策略 cluster.SCHED_RR 表示轮流制,cluster.SCHED_NONE 表示操作系统处理。这是全局性的设定,一旦你通过 cluster.setupMaster() 派生了第一个工作进程,它就不可更改了。

SCHED_RR 是除 Windows 外所有系统的默认设置。只要 libuv 能够有效地分配 IOCP 句柄并且不产生巨大的性能损失,Windows 也会改为 SCHED_RR 方式。

cluster.schedulingPolicy 也可通过环境变量 NODE_CLUSTER_SCHED_POLICY 来更改。有效值为 "rr""none"

cluster.settings

  • {Object}
    • execArgv {Array} 传给可执行的 Node 的参数列表(默认=process.execArgv)
    • exec {String} 执行文件的路径。 (默认=process.argv[1])
    • args {Array} 传给工作进程的参数列表(默认=process.argv.slice(2))
    • silent {Boolean}是否将输出发送给父进程的 stdio。(默认=false)
    • uid {Number} 设置用户进程的ID。 (See setuid(2)。)
    • gid {Number} 设置进程组的ID。 (See setgid(2)。)

调用 .setupMaster() (或 .fork()) 方法后,这个 settings 对象会包含设置内容,包括默认值。

设置后会立即冻结,因为.setupMaster()只能调用一次。

这个对象不应该被手动改变或设置。

cluster.isMaster

  • {Boolean}

如果是主进程,返回 true。如果 process.env.NODE_UNIQUE_ID 未定义,isMastertrue

cluster.isWorker

  • {Boolean}

如果不是主进程返回 true (和 cluster.isMaster 相反)。

事件: 'fork'

  • worker {Worker object}

当一个新的工作进程被分支出来,集群模块会产生 'fork' 事件。它可用于记录工作进程,并创建自己的超时管理。

var timeouts = [];
function errorMsg() {
console.error("Something must be wrong with the connection ...");
} cluster.on('fork', function(worker) {
timeouts[worker.id] = setTimeout(errorMsg, 2000);
});
cluster.on('listening', function(worker, address) {
clearTimeout(timeouts[worker.id]);
});
cluster.on('exit', function(worker, code, signal) {
clearTimeout(timeouts[worker.id]);
errorMsg();
});

事件: 'online'

  • worker {Worker object}

分支出一个新的工作进程后,它会响应在线消息。当主线程接收到在线消息后,它会触发这个事件。'fork' 和 'online' 之间的区别在于,主进程分支一个工作进程后会调用 fork,而工作进程运行后会调用 emitted。

cluster.on('online', function(worker) {
console.log("Yay, the worker responded after it was forked");
});

事件: 'listening'

  • worker {Worker object}
  • address {Object}

工作进程调用 listen() 时,服务器会触发'listening'事件,同时也会在主进程的集群里触发。

事件处理函数有两个参数,worker 包含工作进程对象,address 包含以下属性:address, portaddressType。如果工作进程监听多个地址的时候,这些东西非常有用。

cluster.on('listening', function(worker, address) {
console.log("A worker is now connected to " + address.address + ":" + address.port);
});

addressType 是以下内容:

  • 4 (TCPv4)
  • 6 (TCPv6)
  • -1 (unix domain socket)
  • "udp4" or "udp6" (UDP v4 or v6)*

事件: 'disconnect'

  • worker {Worker object}

当一个工作进程的 IPC 通道关闭时会触发这个事件。当工作进程正常退出,被杀死,或者手工关闭(例如worker.disconnect())时会调用。

disconnectexit 事件间可能存在延迟。 这些事件可以用来检测进程是否卡在清理过程中,或者存在长连接。

cluster.on('disconnect', function(worker) {
console.log('The worker #' + worker.id + ' has disconnected');
});

事件: 'exit'

  • worker {Worker object}
  • code {Number} 如果正常退出,则为退出代码.
  • signal {String} 使得进程被杀死的信号名 (比如. 'SIGHUP')

当任意一个工作进程终止的时候,集群模块会触发 'exit' 事件。

可以调用 .fork() 重新启动工作进程。

cluster.on('exit', function(worker, code, signal) {
console.log('worker %d died (%s). restarting...',
worker.process.pid, signal || code);
cluster.fork();
});

参见 child_process event: 'exit'.

事件: 'setup'

  • settings {Object}

调用.setupMaster() 后会被触发。

settings 对象就是 cluster.settings 对象。

详细内容参见 cluster.settings

cluster.setupMaster([settings])

  • settings {Object}
    • exec {String} 执行文件的路径。 (默认=process.argv[1])
    • args {Array}传给工作进程的参数列表(默认=process.argv.slice(2))
    • silent {Boolean} 是否将输出发送给父进程的 stdio.

setupMaster用来改变默认的 'fork' 。 一旦调用,settings值将会出现在cluster.settings里。

注意:

  • 改变任何设置,仅会对未来的工作进程产生影响,不会影响对目前已经运行的进程
  • 工作进程里,仅能改变传递给 .fork()env 属性。
  • 以上的默认值,仅在第一次调用的时候有效,之后的默认值是调用 cluster.setupMaster() 后的值。

例如:

var cluster = require('cluster');
cluster.setupMaster({
exec: 'worker.js',
args: ['--use', 'https'],
silent: true
});
cluster.fork(); // https worker
cluster.setupMaster({
args: ['--use', 'http']
});
cluster.fork(); // http worker

仅能在主进程里调用。

cluster.fork([env])

  • env {Object} 添加到子进程环境变量中的键值。
  • return {Worker object}

派生一个新的工作进程。

仅能在主进程里调用。

cluster.disconnect([callback])

  • callback {Function} 当所有工作进程都断开连接,并且关闭句柄后被调用。

cluster.workers 里的每个工作进程可调用 .disconnect() 关闭。

关闭所有的内部句柄连接,并且没有任何等待处理的事件时,允许主进程优雅的退出。

这个方法有一个可选参数,会在完成时被调用。

仅能在主进程里调用。

cluster.worker

  • {Object}

对当前工作进程对象的引用。主进程中不可用。

var cluster = require('cluster');

if (cluster.isMaster) {
console.log('I am master');
cluster.fork();
cluster.fork();
} else if (cluster.isWorker) {
console.log('I am worker #' + cluster.worker.id);
}

cluster.workers

  • {Object}

存储活跃工作对象的哈希表,主键是 id,能方便的遍历所有工作进程,仅在主进程可用。

当工作进程关闭连接并退出后,将会从 cluster.workers 里移除。这两个事件的次序无法确定,仅能保证从cluster.workers 移除会发生在 'disconnect''exit' 之后。

// Go through all workers
function eachWorker(callback) {
for (var id in cluster.workers) {
callback(cluster.workers[id]);
}
}
eachWorker(function(worker) {
worker.send('big announcement to all workers');
});

如果希望通过通讯通道引用工作进程,那么使用工作进程的 id 来查询最简单。

socket.on('data', function(id) {
var worker = cluster.workers[id];
});

Class: Worker

一个 Worker 对象包含工作进程所有公开的信息和方法。在主进程里可用通过 cluster.workers 来获取,在工作进程里可以通过 cluster.worker 来获取。

worker.id

  • {String}

每一个新的工作进程都有独立的唯一标示,它就是 id

当工作进程可用时,id 就是 cluster.workers 里的主键。

worker.process

  • {ChildProcess object}

所有工作进程都是通用 child_process.fork() 创建的,该函数返回的对象被储存在 process 中。

参见: Child Process module

注意,当 process.suicide 不是 true 的时候,会触发 'disconnect' 事件,并使得工作进程调用 process.exit(0) 。它会保护意外的连接关闭。

worker.suicide

  • {Boolean}

调用 .kill().disconnect() 后设置,在这之前是 undefined

worker.suicide 能让你区分出是自愿的还是意外退出,主进程可以根据这个值,来决定是否是重新派生成工作进程。

cluster.on('exit', function(worker, code, signal) {
if (worker.suicide === true) {
console.log('Oh, it was just suicide\' – no need to worry').
}
}); // kill worker
worker.kill();

worker.send(message[, sendHandle])

  • message {Object}
  • sendHandle {Handle object}

这个函数和 child_process.fork() 提供的 send 方法相同。主进程里你必须使用这个函数给指定工作进程发消息。

在工作进程里,你也可以用 process.send(message)

这个例子会回应所有来自主进程的消息:

if (cluster.isMaster) {
var worker = cluster.fork();
worker.send('hi there'); } else if (cluster.isWorker) {
process.on('message', function(msg) {
process.send(msg);
});
}

worker.kill([signal='SIGTERM'])

  • signal {String}发送给工作进程的杀死信号的名称

这个函数会杀死工作进程。在主进程里,它会关闭 worker.process,一旦关闭会发送杀死信号。在工作进程里,关闭通道,退出,返回代码0

会导致 .suicide 被设置。

为了保持兼容性,这个方法的别名是worker.destroy()

注意,在工作进程里有process.kill(),于此不同。

worker.disconnect()

在工作进程里,这个函数会关闭所有服务器,等待 'close' 事件,关闭 IPC 通道。

在主进程里,发给工作进程一个内部消息,用来调用.disconnect()

会导致 .suicide 被设置。

注意,服务器关闭后,不再接受新的连接,但可以接受新的监听。已经存在的连接允许正常退出。当连接为空得时候,工作进程的 IPC 通道运行优雅的退出。

以上仅能适用于服务器的连接,客户端的连接由工作进程关闭。

注意,在工作进程里,存在 process.disconnect,但并不是这个函数,它是 disconnect。

由于长连接可能会阻塞进程关闭连接,有一个较好的办法是发消息给应用,这样应用会想办法关闭它们。超时管理也是不错,如果超过一定时间后还没有触发 disconnect 事件,将会杀死进程。

if (cluster.isMaster) {
var worker = cluster.fork();
var timeout; worker.on('listening', function(address) {
worker.send('shutdown');
worker.disconnect();
timeout = setTimeout(function() {
worker.kill();
}, 2000);
}); worker.on('disconnect', function() {
clearTimeout(timeout);
}); } else if (cluster.isWorker) {
var net = require('net');
var server = net.createServer(function(socket) {
// connections never end
}); server.listen(8000); process.on('message', function(msg) {
if(msg === 'shutdown') {
// initiate graceful close of any connections to server
}
});
}

worker.isDead()

工作进程结束,返回 true, 否则返回 false

worker.isConnected()

当工作进程通过 IPC 通道连接主进程时,返回 true ,否则 false 。工作进程创建后会连接到主进程。当disconnect事件触发后会关闭连接。

事件: 'message'

  • message {Object}

该事件和 child_process.fork() 所提供的一样。在主进程中您应当使用该事件,而在工作进程中您也可以使用 process.on('message')

例如,有一个集群使用消息系统在主进程中统计请求的数量:

var cluster = require('cluster');
var http = require('http'); if (cluster.isMaster) { // Keep track of http requests
var numReqs = 0;
setInterval(function() {
console.log("numReqs =", numReqs);
}, 1000); // Count requestes
function messageHandler(msg) {
if (msg.cmd && msg.cmd == 'notifyRequest') {
numReqs += 1;
}
} // Start workers and listen for messages containing notifyRequest
var numCPUs = require('os').cpus().length;
for (var i = 0; i < numCPUs; i++) {
cluster.fork();
} Object.keys(cluster.workers).forEach(function(id) {
cluster.workers[id].on('message', messageHandler);
}); } else { // Worker processes have a http server.
http.Server(function(req, res) {
res.writeHead(200);
res.end("hello world\n"); // notify master about the request
process.send({ cmd: 'notifyRequest' });
}).listen(8000);
}

事件: 'online'

cluster.on('online') 事件类似, 仅能在特定工作进程里触发。

cluster.fork().on('online', function() {
// Worker is online
});

不会在工作进程里触发。

事件: 'listening'

  • address {Object}

cluster.on('listening') 事件类似, 仅能在特定工作进程里触发。

cluster.fork().on('listening', function(address) {
// Worker is listening
});

不会在工作进程里触发。

事件: 'disconnect'

cluster.on('disconnect') 事件类似, 仅能在特定工作进程里触发。

cluster.fork().on('disconnect', function() {
// Worker has disconnected
});

事件: 'exit'

  • code {Number} 正常退出时的退出代码.
  • signal {String} 使得进程被终止的信号的名称(比如 SIGHUP)。

cluster.on('exit') 事件类似, 仅能在特定工作进程里触发。

var worker = cluster.fork();
worker.on('exit', function(code, signal) {
if( signal ) {
console.log("worker was killed by signal: "+signal);
} else if( code !== 0 ) {
console.log("worker exited with error code: "+code);
} else {
console.log("worker success!");
}
});

事件: 'error'

child_process.fork()事件类似。

工作进程里,你也可以用 process.on('error')