مع نمو تطبيق Node.js الخاص بك، يزداد الطلب على أداء أفضل وقابلية التوسع. تم تصميم Node.js للتعامل مع التطبيقات واسعة النطاق وكثيفة البيانات، ولكن فهم كيفية توسيع نطاقها بشكل صحيح أمر بالغ الأهمية للحفاظ على الأداء والتوافر تحت التحميل. في هذه المقالة، سنغطي التقنيات والأدوات الأساسية لتوسيع نطاق تطبيقات Node.js بشكل فعال.

لماذا توسيع نطاق تطبيق Node.js؟

يشير القياس إلى قدرة التطبيق على التعامل مع الأحمال المتزايدة - سواء كان ذلك بسبب تزايد قاعدة المستخدمين، أو المزيد من البيانات، أو ارتفاع حركة المرور. بدون القياس، قد يواجه التطبيق بطء الأداء، ووقت التوقف عن العمل، وعدم كفاءة الموارد.

نوعان من التحجيم

1. القياس الرأسي : إضافة المزيد من الطاقة (وحدة المعالجة المركزية، ذاكرة الوصول العشوائي) إلى خادم واحد. في حين أن هذا يزيد من سعة الخادم، إلا أن له حدودًا مادية.

2. القياس الأفقي : إضافة المزيد من الخوادم لتوزيع الحمل، وهو ما يسمى عادة "التحجيم". هذه الطريقة أكثر مرونة وغالبًا ما تستخدم للأنظمة واسعة النطاق.

التقنيات الأساسية لتوسيع نطاق تطبيقات Node.js

1. موازنة التحميل

موازنة التحميل هي ممارسة توزيع حركة المرور الواردة عبر خوادم متعددة، مما يضمن عدم إرهاق خادم واحد. وهذا مهم بشكل خاص في القياس الأفقي، حيث يتم تشغيل مثيلات متعددة لتطبيق Node.js.

مثال: استخدام NGINX لموازنة التحميل

http {
    upstream node_servers {
        server 127.0.0.1:3000;
        server 127.0.0.1:3001;
        server 127.0.0.1:3002;
    }

    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://node_servers;
        }
    }
}

توضيح:

• تحدد الكتلة الأولية مثيلات Node.js المتعددة.
• يتم توزيع الطلبات الواردة بين المثيلات، مما يعزز الأداء.

2. التجميع

Node.js عبارة عن خيط مفرد، لكن وحدة الكتلة تسمح لك باستخدام مراكز وحدة المعالجة المركزية المتعددة عن طريق إنشاء عمليات فرعية تشترك في نفس منفذ الخادم.

مثال: استخدام وحدة المجموعة

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

if (cluster.isMaster) {
    // Fork workers.
    for (let i = 0; i  {
        console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`);
    });
} else {
    // Workers can share the same port
    http.createServer((req, res) => {
        res.writeHead(200);
        res.end('Hello World');
    }).listen(8000);
}

توضيح:

• تنشئ العملية الرئيسية عمليات عاملة مساوية لعدد نوى وحدة المعالجة المركزية.
• يتعامل كل عامل مع الطلبات الواردة، ويوزع الحمل بكفاءة.

3. التخزين المؤقت

يساعد التخزين المؤقت على تحسين أوقات الاستجابة وتقليل التحميل عن طريق تخزين البيانات المطلوبة بشكل متكرر في الذاكرة، بدلاً من إعادة جلبها من قاعدة بيانات أو إعادة حساب النتيجة.

مثال: استخدام Redis للتخزين المؤقت

const redis = require('redis');
const client = redis.createClient();

function cacheMiddleware(req, res, next) {
    const key = req.url;
    client.get(key, (err, data) => {
        if (err) throw err;
        if (data !== null) {
            res.send(data);
        } else {
            next();
        }
    });
}

app.get('/data', cacheMiddleware, (req, res) => {
    const data = getDataFromDatabase();
    client.setex(req.url, 3600, JSON.stringify(data));
    res.json(data);
});

توضيح:

• يتحقق البرنامج الوسيط من Redis بحثًا عن البيانات المخزنة مؤقتًا قبل إجراء اتصال بقاعدة البيانات.
• إذا لم يتم تخزين البيانات مؤقتًا، فإنه يتابع جلب البيانات وتخزينها مؤقتًا وإرسال الاستجابة.

4. الخدمات المصغرة عديمة الجنسية

من خلال تقسيم تطبيق Node.js المتجانس إلى خدمات صغيرة عديمة الحالة، يمكنك توسيع نطاق كل خدمة بشكل مستقل. وهذا يضمن أن توسيع نطاق جزء واحد من التطبيق (على سبيل المثال، مصادقة المستخدم) لا يؤثر على الأجزاء الأخرى (على سبيل المثال، معالجة الدفع).

مثال: هندسة الخدمات المصغرة

• يتم نشر كل خدمة صغيرة (المصادقة، كتالوج المنتجات، إدارة الطلبات) بشكل مستقل.
• تعالج بوابة API أو شبكة الخدمة طلبات التوجيه إلى الخدمة الصغيرة الصحيحة.

5. استخدام وكيل عكسي

يمكن لخادم الوكيل العكسي التعامل مع العديد من المهام مثل موازنة التحميل، وإنهاء SSL، وتقديم محتوى ثابت، مما يقلل الحمل على خوادم Node.js.

مثال: تقديم محتوى ثابت باستخدام NGINX

server {
    listen 80;

    location / {
        proxy_pass http://localhost:3000;
    }

    location /static/ {
        root /var/www/html;
    }
}

توضيح:

• يتم استخدام NGINX لتوكيل الطلبات الديناميكية إلى Node.js وخدمة الملفات الثابتة (CSS، JS، الصور) مباشرة من الخادم.

أدوات لتوسيع نطاق تطبيقات Node.js

1. بي إم2

PM2 هو مدير عمليات جاهز للإنتاج لتطبيقات Node.js التي تدعم التجميع وإعادة التشغيل التلقائي وموازنة التحميل ومراقبة العمليات.

مثال: استخدام PM2 لتوسيع نطاق التطبيق

# Start the application with cluster mode and 4 instances
pm2 start app.js -i 4

توضيح:

• يدير PM2 مثيلات متعددة للتطبيق، مما يوفر موازنة تحميل تلقائية ومراقبة العملية.

2. عامل الميناء وKubernetes

يسمح لك وضع تطبيقك في حاوية باستخدام Docker ونشره على Kubernetes بتوسيع نطاق تطبيق Node.js الخاص بك بسهولة عبر خوادم متعددة. يتولى Kubernetes عملية التنسيق وموازنة التحميل والقياس تلقائيًا.

مثال: إرساء تطبيق Node.js

# Dockerfile
FROM node:14
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
EXPOSE 3000
CMD ["node", "app.js"]

أفضل الممارسات لتوسيع نطاق تطبيقات Node.js

1. مراقبة الأداء: استخدم أدوات مثل New Relic، أو Datadog، أو Prometheus لتتبع مقاييس الأداء وتحديد الاختناقات.
2. استخدام البرمجة غير المتزامنة: يعمل Node.js بشكل أفضل عندما تتم معالجة مهام مثل عمليات الإدخال / الإخراج بشكل غير متزامن. تجنب حظر حلقة الحدث.
3. تحسين استعلامات قاعدة البيانات: استخدم تجمع الاتصالات والفهارس والتخزين المؤقت لتقليل تحميل قاعدة البيانات.
4. القياس الأفقي عبر القياس الرأسي: يوفر القياس الأفقي (إضافة المزيد من الخوادم) مرونة أكبر وتسامحًا مع الأخطاء مقارنة بالقياس الرأسي (زيادة موارد الخادم).
5. إبقاء الخدمات عديمة الحالة: الخدمات عديمة الحالة أسهل في التوسع لأنها لا تعتمد على حالة الذاكرة بين الطلبات. استخدم أنظمة خارجية مثل Redis أو قواعد البيانات لإدارة الجلسة.

خاتمة

يعد توسيع نطاق تطبيقات Node.js أمرًا ضروريًا للحفاظ على الأداء مع نمو تطبيقك. من خلال الاستفادة من تقنيات مثل موازنة التحميل والتجميع والتخزين المؤقت والخدمات الصغيرة عديمة الحالة، إلى جانب أدوات مثل PM2 وDocker وKubernetes، يمكنك التأكد من أن تطبيق Node.js الخاص بك يتوسع بكفاءة. سيؤدي تنفيذ هذه الاستراتيجيات إلى السماح لتطبيقك بالتعامل مع حركة المرور المتزايدة ومجموعات البيانات الأكبر حجمًا دون المساس بالسرعة أو الموثوقية.