山东标梵简单分析下 Node.js 关于集群的那些事

需要了解的基础概念 一个应用程序中，至少包含一个进程，一个进程至少包含一个线程。

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位
线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
Node 的特点：

主线程是单进程(后面版本出现了线程概念，开销较大)；
基于事件驱动，异步非阻塞 I/O;
可用于高并发场景。
nodejs 原有版本中没有实现多线程，为了充分利用多核 cpu,可以使用子进程实现内核的负载均衡。

node 需要解决的问题：

node 做耗时的计算时候，造成阻塞。
node 如何开启子进程
开发过程中如何实现进程守护
概念太多，我们从具体案例入手，看看单线程到底会带来什么问题。

单线程的缺点
// file: question.js
const http = require('http');
http.createServer((req, res) => {
if (req.url === '/sum') { // 求和

var endTime = new Date().getTime() + 10000
while (new Date().getTime() < endTime) {}
res.end('sum')

} else {

res.end('end');

}
}).listen(3000);
操作步骤

node question.js
打开浏览器，在一个 tab1 上访问 /sum 。快速打开另一个 tab2，访问 / 。
请问会出现什么现象？ 我们发现 tab1 在转圈， tab2 也在转圈，这个现象就很奇怪了。tab1 在转圈我们可以理解，因为我们需要花费是 10s，但是 tab2 也需要 10s 后，才能被访问。这就很奇怪了。

这个问题就相当于，别人访问这个浏览器阻塞了 10s，你也要跟着阻塞 10s。这个问题就很难被接受了。因此得出结论，node 不太适合做 cpu 密集型的服务。

如何解决这个问题？
为了解决这个问题，我们引入子进程。

file: calc.js

var endTime = new Date().getTime() + 10000
while (new Date().getTime() < endTime) {}

process.send({

time: new Date().getTime()+''

});
改造 question.js

file: question.js
const http = require('http');
const {fork} = require('child_process');
const path = require('path');
http.createServer((req, res) => {
if (req.url === '/sum') { // 求和

  // var endTime = new Date().getTime() + 10000
  // while (new Date().getTime() < endTime) {}
  // res.end('sum')
  let childProcess = fork('calc.js', {
    cwd: path.resolve(__dirname)
  });
  childProcess.on('message', function (data) {
    res.end(data.time + '');
  })

} else {

res.end('end');

}
}).listen(3001);
重新启动 node question.js，发现 tab2,就不会阻塞了。

总结：node 作为服务器的话，需要开启子进程来解决 cpu 密集型的操作。以防止主线程被阻塞

子进程的使用 (child_process)
使用的方法

spawn 异步生成子进程
fork 产生一个新的 Node.js 进程，并使用建立的 IPC 通信通道调用指定的模块，该通道允许在父级和子级之间发送消息。
exec 产生一个 shell 并在该 shell 中运行命令
execFile 无需产生 shell
spawn
spawn 产卵，可以通过此方法创建一个子进程

let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {
cwd: path.resolve(__dirname, "test"), // 找文件的目录是test目录下
stdio: [0, 1, 2]
});
// 监控错误
childProcess.on("error", function(err) {
console.log(err);
});
// 监听关闭事件
childProcess.on("close", function() {
console.log("close");
});
// 监听退出事件
childProcess.on("exit", function() {
console.log("exit");
});
stdio 这个属性非常有特色，这里我们给了 0,1,2 那么分别代表什么呢？ stdio

0,1,2 分别对应当前主进程的 process.stdin,process.stdout,process.stderr,意味着主进程和子进程共享标准输入和输出
let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {
cwd: path.resolve(__dirname, "test"), // 找文件的目录是test目录下
stdio: [0, 1, 2]
});
可以在当前进程下打印 sub_process.js 执行结果

默认不提供 stdio 参数时，默认值为 stdio:['pipe']，也就是只能通过流的方式实现进程之间的通信
let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {
cwd: path.resolve(__dirname, "test"),
stdio:['pipe'] // 通过流的方式
});
// 子进程读取写入的数据
childProcess.stdout.on('data',function(data){

console.log(data);

});
// 子进程像标准输出中写入
process.stdout.write('hello');
使用 ipc 方式通信,设置值为 stdio:['pipe','pipe','pipe','ipc'],可以通过 on('message')和 send 方法进行通信
let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {

cwd: path.resolve(__dirname, "test"),
stdio:['pipe','pipe','pipe','ipc'] // 通过流的方式

});
// 监听消息
childProcess.on('message',function(data){

  console.log(data);

});
// 发送消息
process.send('hello');
还可以传入ignore 进行忽略 , 传入inherit表示默认共享父进程的标准输入和输出
产生独立进程
let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let child = spawn('node',['sub_process.js'],{

cwd:path.resolve(__dirname,'test'),
stdio: 'ignore',
detached:true // 独立的线程

});
child.unref(); // 放弃控制
作用：开启线程后，并且放弃对线程的控制。我们就可以不占用控制太后台运行了。

fork
衍生新的进程,默认就可以通过ipc方式进行通信

let { fork } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = fork('sub_process.js', {
cwd: path.resolve(__dirname, "test"),
});
childProcess.on('message',function(data){

console.log(data);

});
fork是基于spawn的，可以多传入一个silent属性, 设置是否共享输入和输出

fork原理

function fork(filename,options){

let stdio = ['inherit','inherit','inherit']
if(options.silent){ // 如果是安静的  就忽略子进程的输入和输出
    stdio = ['ignore','ignore','ignore']
}
stdio.push('ipc'); // 默认支持ipc的方式
options.stdio = stdio
return spawn('node',[filename],options)

}
execFile
通过node命令,直接执行某个文件

let childProcess = execFile("node",['./test/sub_process'],function(err,stdout,stdin){

console.log(stdout); 

});
内部调用的是spawn方法

exec
let childProcess = exec("node './test/sub_process'",function(err,stdout,stdin){

console.log(stdout)

});
内部调用的是execFile,其实以上的三个方法都是基于spawn的

实现集群
// file cluster.js 主线程
// 内部原理就是多进程
// 分布式 前端和后端 集群 多个功能相同的来分担工作
// 集群 就可以实现多个cpu的负载均衡 一般情况
// 不同进程 监听同一个端口号
const {fork} = require('child_process');
const cpus = require('os').cpus().length;
const path = require('path');

// 现在主进程中先启动一个服务
const http = require('http');
let server = http.createServer(function (req,res) {

res.end(process.pid+' '+ ' main end')

}).listen(3000);

for(let i = 0 ; i < cpus-1 ; i++ ){

let cp = fork('server.js',{cwd:path.resolve(__dirname,'worker'),stdio:[0,1,2,'ipc']});
cp.send('server',server); // 我可以在ipc 模式下第二个参数传入一个http服务 或者tcp服务

}
// 多个请求都是i/o密集
// cluster 集群
// file worker/server.js 子进程
const http = require('http');

process.on('message',function (data,server) {

http.createServer(function (req,res) {
    
    res.end(process.pid+' '+ 'end')
}).listen(server); // 多进程监控同一个端口号 

})

// file http.get.js 请求脚本
const http = require('http');

for(let i =0 ; i < 10000;i++){

http.get({
    port:3000,
    hostname:'localhost'
},function (res) {
    res.on('data',function (data) {
        console.log(data.toString())
    })
})

}
启动请求脚本以后，多次发送请，可以清楚的发现请求的进程pid 不是同一个pid。

cluster模块实现集群
let cluster = require("cluster");
let http = require("http");
let cpus = require("os").cpus().length;
const workers = {};
if (cluster.isMaster) {

cluster.on('exit',function(worker){
    console.log(worker.process.pid,'death')
    let w = cluster.fork();
    workers[w.pid] = w;
})

for (let i = 0; i < cpus; i++) {

let worker = cluster.fork();
workers[worker.pid] = worker;

}
} else {
http

.createServer((req, res) => {
  res.end(process.pid+'','pid');
})
.listen(3000);

console.log("server start",process.pid);
}
上诉的代码有点反人类，但是 c++ 中也是存在这样操作进程的。

另一种方式

// file

const cluster = require('cluster');
const cpus = require('os').cpus();

// 入口文件

cluster.setupMaster({

exec: require('path').resolve(__dirname,'worker/cluster.js'),

});

cluster.on('exit',function (worker) {

console.log(worker.process.pid);
cluster.fork(); // 在开启个进程

})
for(let i = 0; i < cpus.length ;i++){

cluster.fork(); // child_process fork  会以当前文件创建子进程
// 并且isMaster 为false 此时就会执行else方法

}
// pm2 专门 开启 重启 直接采用集群的方式
// 模块
// node worker/cluster.js
// 我们的项目逻辑很多
const http = require('http');
http.createServer((req, res) => {

if (Math.random() > 0.5) {
  SDSADADSSA();
}
// 在集群的环境下可以监听同一个端口号
res.end(process.pid + ':' + 'end')

}).listen(3000);
pm2应用
pm2可以把你的应用部署到服务器所有的CPU上,实现了多进程管理、监控、及负载均衡

安装pm2
npm install pm2 -g # 安装pm2
pm2 start server.js --watch -i max # 启动进程
pm2 list # 显示进程状态
pm2 kill # 杀死全部进程
pm2 start npm -- run dev # 启动npm脚本
pm2配置文件
pm2 ecosystem
配置项目自动部署
module.exports = {
apps : [{

name: 'my-project',
script: 'server.js',
// Options reference: https://pm2.io/doc/en/runtime/reference/ecosystem-file/
args: 'one two',
instances: 2,
autorestart: true,
watch: false,
max_memory_restart: '1G',
env: {
  NODE_ENV: 'development'
},
env_production: {
  NODE_ENV: 'production'
}

}],
deploy : {

production : {
  user : 'root',
  host : '39.106.14.146',
  ref  : 'origin/master',
  repo : 'https://github.com/wakeupmypig/pm2-deploy.git',
  path : '/home',
  'post-deploy' : 'npm install && pm2 reload ecosystem.config.js --env production'
}

}
};
pm2 deploy ecosystem.config.js production setup # 执行git clone
pm2 deploy ecosystem.config.js production # 启动pm2

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