Nodejs系列：什么是集群？如何开启多核处理器?

开启多核处理器的两种方式：

1. 使用cluster模块（进程集群方式）

基本原理：

Node.js 的cluster模块允许轻松创建共享服务器端口的子进程。它利用了多核处理器的优势，每个子进程可以在不同的核心上运行，从而提高应用程序的性能和吞吐量。

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
    // 主进程分支
    console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);
    // 衍生工作进程
    for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
        cluster.fork();
    }
    cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
        console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出，代码: ${code}, 信号: ${signal}`);
        // 当工作进程退出时，可以选择重新启动它
        cluster.fork();
    });
} else {
    // 工作进程分支
    http.createServer((req, res) => {
        res.writeHead(200);
        res.end('你好，世界！');
    }).listen(3000);
    console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动，正在监听端口3000`);
}

• 代码解释：

  • 主进程会根据 CPU 核心数创建子进程（工作进程）
    • 每个子进程通过cluster.fork()方法创建。
  • 通过cluster.on('exit')监听工作进程的退出事件
    • 当工作进程退出时，可以在事件回调中重新启动一个工作进程。
  • 工作进程会创建一个 HTTP 服务器，监听 3000 端口，并在有请求时返回简单的响应。

    • 每个工作进程都独立运行这个服务器，从而可以同时处理多个请求，充分利用多核处理器。

2. 使用worker_threads模块（线程方式）

基本原理：

worker_threads模块允许在 Node.js 中使用多线程。虽然 Node.js 主要是单线程的，但通过这个模块可以创建多个线程来并行执行任务，适用于 CPU 密集型任务，提高多核处理器的利用率。

const { Worker, isMainThread, parentPort } = require('worker_threads');
if (isMainThread) {
    const worker = new Worker(__filename);
    worker.on('message', (result) => {
        console.log(`从线程接收到结果: ${result}`);
    });
    worker.postMessage(40);
} else {
    parentPort.on('message', (num) => {
        const result = num * 2;
        parentPort.postMessage(result);
    });
}

• 代码解释：

  • 如果是主线程：主线程创建一个新的工作线程，
    • 然后通过worker.on('message')监听工作线程发送的消息。
    • 使用worker.postMessage向工作线程发送一个数字 40。
  • 如果不是主进程：说明这是工作线程。
    • 工作线程通过parentPort.on('message')监听主线程发送的消息
    • 再通过parentPort.postMessage发送回主线程。

使用worker_threads模块需要注意线程间通信和共享资源可能带来的复杂性。

Node.js集群： 一种用于提升性能的架构模式

• Node.js 集群是一种通过创建多个子进程来充分利用多核 CPU 资源的机制。它使得 Node.js 应用能够同时处理多个任务，提升应用的性能和处理能力。

运行机制：

• 主从结构： 有一个主进程（master process）和多个工作进程（worker processes）。
  • 主进程主要负责调度和管理工作进程，比如创建工作进程和监控它们的状态。
  • 工作进程负责实际的任务处理，像处理网络请求或者执行其他计算任务。
• 共享端口：工作进程能够共享服务器端口来接收请求。
  • 这使得多个工作进程可以同时监听同一个端口，对外就好像是一个应用在处理所有请求。
    • 例如，在处理 HTTP 请求时，多个工作进程可以一起接收和处理来自客户端的请求。
• 负载均衡： 当请求到达时，会按照一定的策略（如轮询）分配给不同的工作进程。
  • 这确保了每个工作进程都能参与处理请求，避免某个工作进程过载，而其他工作进程闲置的情况，从而高效地利用系统资源。
• 进程间通信（IPC） ：
  • 主进程和工作进程之间，以及工作进程相互之间需要进行信息交流。它们通过 IPC 机制来实现通信，例如传递任务、共享状态信息等。这有助于协调各个进程的工作，确保集群的高效运行。

应用优势：

• 性能提升：

  • 对于高并发的场景，如 Web 服务器，集群能够充分利用多核 CPU。因为多个工作进程可以同时运行在不同的 CPU 核心上，相比单个进程能处理更多的请求，大大缩短了响应时间。

• 高可用性：

  • 如果一个工作进程出现故障（例如因为程序错误或者系统资源耗尽），主进程可以检测到并启动新的工作进程来替代它，使得服务不会中断，增强了整个应用的可靠性。