Node js 集羣（cluster）

概述

基本用法

Node.js默認單進程運行，對於32位系統最高可使用512MB內存，對於64位最高可使用1GB內存。對於多核CPU的計算機來講，這樣作效率很低，由於只有一個核在運行，其餘核都在閒置。cluster模塊就是爲了解決這個問題而提出的。

cluster模塊容許設立一個主進程和若干個worker進程，由主進程監控和協調worker進程的運行。worker之間採用進程間通訊交換消息，cluster模塊內置一個負載均衡器，採用Round-robin算法協調各個worker進程之間的負載。運行時，全部新創建的連接都由主進程完成，而後主進程再把TCP鏈接分配給指定的worker進程。

var cluster = require('cluster');
var os = require('os');

if (cluster.isMaster){
  for (var i = 0, n = os.cpus().length; i < n; i += 1){
    cluster.fork();
  }
} else {
  http.createServer(function(req, res) {
    res.writeHead(200);
    res.end("hello world\n");
  }).listen(8000);
}

複製代碼

上面代碼先判斷當前進程是否爲主進程（cluster.isMaster），若是是的，就按照CPU的核數，新建若干個worker進程；若是不是，說明當前進程是worker進程，則在該進程啓動一個服務器程序。

上面這段代碼有一個缺點，就是一旦work進程掛了，主進程沒法知道。爲了解決這個問題，能夠在主進程部署online事件和exit事件的監聽函數。

var cluster = require('cluster');

if(cluster.isMaster) {
  var numWorkers = require('os').cpus().length;
  console.log('Master cluster setting up ' + numWorkers + ' workers...');

  for(var i = 0; i < numWorkers; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('online', function(worker) {
    console.log('Worker ' + worker.process.pid + ' is online');
  });

  cluster.on('exit', function(worker, code, signal) {
    console.log('Worker ' + worker.process.pid + ' died with code: ' + code + ', and signal: ' + signal);
    console.log('Starting a new worker');
    cluster.fork();
  });
}

複製代碼

上面代碼中，主進程一旦監聽到worker進程的exit事件，就會重啓一個worker進程。worker進程一旦啓動成功，能夠正常運行了，就會發出online事件。

worker對象

worker對象是cluster.fork()的返回值，表明一個worker進程。

它的屬性和方法以下。

（1）worker.id

worker.id返回當前worker的獨一無二的進程編號。這個編號也是cluster.workers中指向當前進程的索引值。

（2）worker.process

全部的worker進程都是用child_process.fork()生成的。child_process.fork()返回的對象，就被保存在worker.process之中。經過這個屬性，能夠獲取worker所在的進程對象。

（3）worker.send()

該方法用於在主進程中，向子進程發送信息。

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

複製代碼

上面代碼的做用是，worker進程對主進程發出的每一個消息，都作回聲。

在worker進程中，要向主進程發送消息，使用process.send(message)；要監聽主進程發出的消息，使用下面的代碼。

process.on('message', function(message) {
  console.log(message);
});

複製代碼

發出的消息能夠字符串，也能夠是JSON對象。下面是一個發送JSON對象的例子。

worker.send({
  type: 'task 1',
  from: 'master',
  data: {
    // the data that you want to transfer
  }
});

複製代碼

cluster.workers對象

該對象只有主進程纔有，包含了全部worker進程。每一個成員的鍵值就是一個worker進程對象，鍵名就是該worker進程的worker.id屬性。

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

複製代碼

上面代碼用來遍歷全部worker進程。

當前socket的data事件，也能夠用id屬性識別worker進程。

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

複製代碼

cluster模塊的屬性與方法

isMaster，isWorker

isMaster屬性返回一個布爾值，表示當前進程是否爲主進程。這個屬性由process.env.NODE_UNIQUE_ID決定，若是process.env.NODE_UNIQUE_ID爲未定義，就表示該進程是主進程。

isWorker屬性返回一個布爾值，表示當前進程是否爲work進程。它與isMaster屬性的值正好相反。

fork()

fork方法用於新建一個worker進程，上下文都複製主進程。只有主進程才能調用這個方法。

該方法返回一個worker對象。

kill()

kill方法用於終止worker進程。它能夠接受一個參數，表示系統信號。

若是當前是主進程，就會終止與worker.process的聯絡，而後將系統信號法發向worker進程。若是當前是worker進程，就會終止與主進程的通訊，而後退出，返回0。

在之前的版本中，該方法也叫作 worker.destroy() 。

listening事件

worker進程調用listening方法之後，「listening」事件就傳向該進程的服務器，而後傳向主進程。

該事件的回調函數接受兩個參數，一個是當前worker對象，另外一個是地址對象，包含網址、端口、地址類型（IPv四、IPv六、Unix socket、UDP）等信息。這對於那些服務多個網址的Node應用程序很是有用。

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

複製代碼

不中斷地重啓Node服務

思路

重啓服務須要關閉後再啓動，利用cluster模塊，能夠作到先啓動一個worker進程，再把原有的全部work進程關閉。這樣就能實現不中斷地重啓Node服務。

首先，主進程向worker進程發出重啓信號。

workers[wid].send({type: 'shutdown', from: 'master'});

複製代碼

worker進程監聽message事件，一旦發現內容是shutdown，就退出。

process.on('message', function(message) {
  if(message.type === 'shutdown') {
    process.exit(0);
  }
});

複製代碼

下面是一個關閉全部worker進程的函數。

function restartWorkers() {
  var wid, workerIds = [];
  for(wid in cluster.workers) {
    workerIds.push(wid);
  }

  workerIds.forEach(function(wid) {
    cluster.workers[wid].send({
      text: 'shutdown',
      from: 'master'
     });
    setTimeout(function() {
      if(cluster.workers[wid]) {
        cluster.workers[wid].kill('SIGKILL');
      }
    }, 5000);
  });
};

複製代碼

實例

下面是一個完整的實例，先是主進程的代碼master.js。

var cluster = require('cluster');

console.log('started master with ' + process.pid);

// 新建一個worker進程
cluster.fork();

process.on('SIGHUP', function () {
  console.log('Reloading...');
  var new_worker = cluster.fork();
  new_worker.once('listening', function () {
    // 關閉全部其餘worker進程
    for(var id in cluster.workers) {
      if (id === new_worker.id.toString()) continue;
      cluster.workers[id].kill('SIGTERM');
    }
  });
});

複製代碼

上面代碼中，主進程監聽SIGHUP事件，若是發生該事件就關閉其餘全部worker進程。之因此是SIGHUP事件，是由於nginx服務器監聽到這個信號，會創造一個新的worker進程，從新加載配置文件。另外，關閉worker進程時，主進程發送SIGTERM信號，這是由於Node容許多個worker進程監聽同一個端口。

下面是worker進程的代碼server.js。

var cluster = require('cluster');

if (cluster.isMaster) {
  require('./master');
  return;
}

var express = require('express');
var http = require('http');
var app = express();

app.get('/', function (req, res) {
  res.send('ha fsdgfds gfds gfd!');
});

http.createServer(app).listen(8080, function () {
  console.log('http://localhost:8080');
});

複製代碼

使用時代碼以下。

$ node server.js
started master with 10538
http://localhost:8080

複製代碼

而後，向主進程連續發出兩次SIGHUP信號。

$ kill -SIGHUP 10538
$ kill -SIGHUP 10538

複製代碼

主進程會連續兩次新建一個worker進程，而後關閉全部其餘worker進程，顯示以下。

Reloading...
http://localhost:8080
Reloading...
http://localhost:8080

複製代碼

最後，向主進程發出SIGTERM信號，關閉主進程。

$ kill 10538

複製代碼

PM2模塊

PM2模塊是cluster模塊的一個包裝層。它的做用是儘可能將cluster模塊抽象掉，讓用戶像使用單進程同樣，部署多進程Node應用。

// app.js
var http = require('http');

http.createServer(function(req, res) {
  res.writeHead(200);
  res.end("hello world");
}).listen(8080);

複製代碼

上面代碼是標準的Node架設Web服務器的方式，而後用PM2從命令行啓動這段代碼。

$ pm2 start app.js -i 4

複製代碼

上面代碼的i參數告訴PM2，這段代碼應該在cluster_mode啓動，且新建worker進程的數量是4個。若是i參數的值是0，那麼當前機器有幾個CPU內核，PM2就會啓動幾個worker進程。

若是一個worker進程因爲某種緣由掛掉了，會馬上重啓該worker進程。

# 重啓全部worker進程
$ pm2 reload all

複製代碼

每一個worker進程都有一個id，能夠用下面的命令查看單個worker進程的詳情。

$ pm2 show <worker id>

複製代碼

正確狀況下，PM2採用fork模式新建worker進程，即主進程fork自身，產生一個worker進程。pm2 reload命令則會用spawn方式啓動，即一個接一個啓動worker進程，一個新的worker啓動成功，再殺死一箇舊的worker進程。採用這種方式，從新部署新版本時，服務器就不會中斷服務。

$ pm2 reload <腳本文件名>

複製代碼

關閉worker進程的時候，能夠部署下面的代碼，讓worker進程監聽shutdown消息。一旦收到這個消息，進行完畢收尾清理工做再關閉。

process.on('message', function(msg) {
  if (msg === 'shutdown') {
    close_all_connections();
    delete_logs();
    server.close();
    process.exit(0);
  }
});
複製代碼