数码控科技猎奇Iphone动漫星座游戏电竞lolcosplay王者荣耀攻略allcnewsBLOGNEWSBLOGASKBLOGBLOGZSK全部技术问答问答技术问答it问答代码软件新闻开发博客电脑/网络手机/数码笔记本电脑互联网操作系统软件硬件编程开发360产品资源分享电脑知识文档中心IT全部全部分类全部分类技术牛文全部分类教程最新网页制作cms教程平面设计媒体动画操作系统网站运营网络安全服务器教程数据库工具网络安全软件教学vbscript正则表达式javascript批处理更多»编程更新教程更新游戏更新allitnewsJava新闻网络医疗信息化安全创业站长电商科技访谈域名会议专栏创业动态融资创投创业学院 / 产品经理创业公司人物访谈营销开发数据库服务器系统虚拟化云计算嵌入式移动开发作业作业1常见软件all电脑网络手机数码生活游戏体育运动明星影音休闲爱好文化艺术社会民生教育科学医疗健康金融管理情感社交地区其他电脑互联网软件硬件编程开发360相关产品手机平板其他电子产品摄影器材360硬件通讯智能设备购物时尚生活常识美容塑身服装服饰出行旅游交通汽车购房置业家居装修美食烹饪单机电脑游戏网页游戏电视游戏桌游棋牌游戏手机游戏小游戏掌机游戏客户端游戏集体游戏其他游戏体育赛事篮球足球其他运动球类运动赛车健身运动运动用品影视娱乐人物音乐动漫摄影摄像收藏宠物幽默搞笑起名花鸟鱼虫茶艺彩票星座占卜书画美术舞蹈小说图书器乐声乐小品相声戏剧戏曲手工艺品历史话题时事政治就业职场军事国防节日风俗法律法规宗教礼仪礼节自然灾害360维权社会人物升学入学人文社科外语资格考试公务员留学出国家庭教育学习方法语文物理生物工程学农业数学化学健康知识心理健康孕育早教内科外科妇产科儿科皮肤科五官科男科整形中医药品传染科其他疾病医院两性肿瘤科创业投资企业管理财务税务银行股票金融理财基金债券保险贸易商务文书国民经济爱情婚姻家庭烦恼北京上海重庆天津黑龙江吉林辽宁河北内蒙古山西陕西宁夏甘肃青海新疆西藏四川贵州云南河南湖北湖南山东江苏浙江安徽江西福建广东广西海南香港澳门台湾海外地区

Node.js中的cluster模块深入解读

来源:脚本之家  责任编辑:小易  

预备知识

在如今机器的CPU都是多核的背景下,Node的单线程设计已经没法更充分的"压榨"机器性能了。所以从v0.8开始,Node新增了一个内置模块——“cluster”,故名思议,它可以通过一个父进程管理一坨子进程的方式来实现集群的功能。

学习cluster之前,需要了解process相关的知识,如果不了解的话建议先阅读process模块child_process模块

cluster借助child_process模块的fork()方法来创建子进程,通过fork方式创建的子进程与父进程之间建立了IPC通道,支持双向通信。

cluster模块最早出现在node.js v0.8版本中

为什么会存在cluster模块?

Node.js是单线程的,那么如果希望利用服务器的多核的资源的话,就应该多创建几个进程,由多个进程共同提供服务。如果直接采用下列方式启动多个服务的话,会提示端口占用。

const http = require('http');
http.createServer((req, res) => {
 res.writeHead(200);
 res.end('hello world\n');
}).listen(8000);

// 启动第一个服务 node index.js &
// 启动第二个服务 node index.js &

 throw er; // Unhandled 'error' event
 ^

Error: listen EADDRINUSE :::8000
 at Server.setupListenHandle [as _listen2] (net.js:1330:14)
 at listenInCluster (net.js:1378:12)
 at Server.listen (net.js:1465:7)
 at Object.<anonymous> (/Users/xiji/workspace/learn/node-basic/cluster/simple.js:5:4)
 at Module._compile (internal/modules/cjs/loader.js:702:30)
 at Object.Module._extensions..js (internal/modules/cjs/loader.js:713:10)
 at Module.load (internal/modules/cjs/loader.js:612:32)
 at tryModuleLoad (internal/modules/cjs/loader.js:551:12)
 at Function.Module._load (internal/modules/cjs/loader.js:543:3)
 at Function.Module.runMain (internal/modules/cjs/loader.js:744:10)

如果改用cluster的话就没有问题

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

if (cluster.isMaster) {
 console.log(`Master ${process.pid} is running`);

 // Fork workers.
 for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
 cluster.fork();
 }

 cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
 console.log(`worker ${worker.process.pid} died`);
 });
} else {
 // Workers can share any TCP connection
 // In this case it is an HTTP server
 http.createServer((req, res) => {
 res.writeHead(200);
 res.end('hello world\n');
 }).listen(8000);

 console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}

// node index.js 执行完启动了一个主进程和8个子进程(子进程数与cpu核数相一致)
Master 11851 is running
Worker 11852 started
Worker 11854 started
Worker 11853 started
Worker 11855 started
Worker 11857 started
Worker 11858 started
Worker 11856 started
Worker 11859 started

cluster是如何实现多进程共享端口的?

cluster创建的进程分两种,父进程和子进程,父进程只有一个,子进程有多个(一般根据cpu核数创建)

  • 父进程负责监听端口接受请求,然后分发请求。
  • 子进程负责请求的处理。

有三个问题需要回答:

  • 子进程为何调用listen不会进行端口绑定
  • 父进程何时创建的TCP Server
  • 父进程是如何完成分发的

子进程为何调用listen不会绑定端口?

net.js源码中的listen方法通过listenInCluster方法来区分是父进程还是子进程,不同进程的差异在listenInCluster方法中体现

function listenInCluster(server, address, port, addressType, backlog, fd, excluseive) {
 
 if (cluster.isMaster || exclusive) {
 server._listen2(address, port, addressType, backlog, fd);
 return;
 }

 const serverQuery = { address: address ......};

 cluster._getServer(server, serverQuery, listenOnMasterHandle);

 function listenOnMasterHandle(err, handle) {
 server._handle = handle;
 server._listen2(address, port, addressType, backlog, fd);
 }
}

上面是精简过的代码,当子进程调用listen方法时,会先执行_getServer,然后通过callback的形式指定server._handle的值,之后再调用_listen2方法。

cluster._getServer = function(obj, options, cb) {
 ...
 const message = util._extend({
 act: 'queryServer',
 index: indexes[indexesKey],
 data: null
 }, options);

 message.address = address;

 send(message, (reply, handle) => {
 if (handle)
 shared(reply, handle, indexesKey, cb); // Shared listen socket.
 else
 rr(reply, indexesKey, cb); // Round-robin.
 });
 ...
};

_getServer方法会向主进程发送queryServer的message,父进程执行完会调用回调函数,根据是否返回handle来区分是调用shared方法还是rr方法,这里其实是会调用rr方法。而rr方法的主要作用就是伪造了TCPWrapper来调用net的listenOnMasterHandle回调函数

function rr(message, indexesKey, cb) {

 var key = message.key;

 function listen(backlog) {
 return 0;
 }

 function close() {
 if (key === undefined)
 return;

 send({ act: 'close', key });
 delete handles[key];
 delete indexes[indexesKey];
 key = undefined;
 }

 function getsockname(out) {
 if (key)
 util._extend(out, message.sockname);

 return 0;
 }

 const handle = { close, listen, ref: noop, unref: noop };
 handles[key] = handle;
 cb(0, handle);
}

由于子进程的server拿到的是围绕的TCPWrapper,当调用listen方法时并不会执行任何操作,所以在子进程中调用listen方法并不会绑定端口,因而也并不会报错。

父进程何时创建的TCP Server

在子进程发送给父进程的queryServer message时,父进程会检测是否创建了TCP Server,如果没有的话就会创建TCP Server并绑定端口,然后再把子进程记录下来,方便后续的用户请求worker分发。

父进程是如何完成分发的

父进程由于绑定了端口号,所以可以捕获连接请求,父进程的onconnection方法会被触发,onconnection方法触发时会传递TCP对象参数,由于之前父进程记录了所有的worker,所以父进程可以选择要处理请求的worker,然后通过向worker发送act为newconn的消息,并传递TCP对象,子进程监听到消息后,对传递过来的TCP对象进行封装,封装成socket,然后触发connection事件。这样就实现了子进程虽然不监听端口,但是依然可以处理用户请求的目的。

cluster如何实现负载均衡

负载均衡直接依赖cluster的请求调度策略,在v6.0版本之前,cluster的调用策略采用的是cluster.SCHED_NONE(依赖于操作系统),SCHED_NODE理论上来说性能最好(Ferando Micalli写过一篇Node.js 6.0版本的cluster和iptables以及nginx性能对比的文章)但是从实际角度发现,在请求调度方面会出现不太均匀的情况(可能出现8个子进程中的其中2到3个处理了70%的连接请求)。因此在6.0版本中Node.js增加了cluster.SCHED_RR(round-robin),目前已成为默认的调度策略(除了windows环境)

可以通过设置NODE_CLUSTER_SCHED_POLICY环境变量来修改调度策略

NODE_CLUSTER_SCHED_POLICY='rr'
NODE_CLUSTER_SCHED_POLICY='none'

或者设置cluster的schedulingPolicy属性

cluster.schedulingPolicy = cluster.SCHED_NONE;
cluster.schedulingPolicy = cluster.SCHED_RR;

Node.js实现round-robin

Node.js内部维护了两个队列:

  • free队列记录当前可用的worker
  • handles队列记录需要处理的TCP请求

当新请求到达的时候父进程将请求暂存handles队列,从free队列中出队一个worker,进入worker处理(handoff)阶段,关键逻辑实现如下:

RoundRobinHandle.prototype.distribute = function(err, handle) {
 this.handles.push(handle);
 const worker = this.free.shift();

 if (worker) {
 this.handoff(worker);
 }
};

worker处理阶段首先从handles队列出队一个请求,然后通过进程通信的方式通知子worker进行请求处理,当worker接收到通信消息后发送ack信息,继续响应handles队列中的请求任务,当worker无法接受请求时,父进程负责重新调度worker进行处理。关键逻辑如下:

RoundRobinHandle.prototype.handoff = function(worker) {
 const handle = this.handles.shift();
 if (handle === undefined) {
 this.free.push(worker); // Add to ready queue again.
 return;
 }

 const message = { act: 'newconn', key: this.key };
 sendHelper(worker.process, message, handle, (reply) => {
 if (reply.accepted)
 handle.close();
 else
 this.distribute(0, handle); // Worker is shutting down. Send to another.
 this.handoff(worker);
 });
};

注意:主进程与子进程之间建立了IPC,因此主进程与子进程之间可以通信,但是各个子进程之间是相互独立的(无法通信)

参考资料

https://medium.com/@fermads/node-js-process-load-balancing-comparing-cluster-iptables-and-nginx-6746aaf38272

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对脚本之家的支持。

您可能感兴趣的文章:


  • 本文相关:
  • node.js使用cluster实现多进程
  • 使用cluster 将自己的node服务器扩展为多线程服务器
  • nodejs中解决cluster模块的多进程如何共享数据问题
  • node.js中cluster的使用教程
  • node.js中多进程模块cluster的介绍与使用
  • node 利用进程通信实现cluster共享内存
  • node学习记录之cluster模块
  • 深入剖析node.js cluster模块
  • 浅谈node中的cluster集群
  • 详解通过源码解析node.js中cluster模块的主要功能实现
  • nodejs实现遍历文件夹并统计文件大小
  • nodejs中使用多线程编程的方法实例
  • ajax +nodejs 实现图片上传实例
  • nodejs遍历文件生产文件列表功能示例
  • node.js中的事件驱动编程详解
  • 基于nodejs利用socket.io实现多人聊天室
  • 了不起的node.js读书笔记之node.js中的特性
  • node.js中的console.log方法使用说明
  • nodejs中全局变量的实例解析
  • 详解node单线程实现高并发原理与node异步i/o
  • 免责声明 - 关于我们 - 联系我们 - 广告联系 - 友情链接 - 帮助中心 - 频道导航
    Copyright © 2017 www.zgxue.com All Rights Reserved