À mesure que votre application Node.js se développe, la demande de meilleures performances et d'évolutivité augmente. Node.js est conçu pour gérer des applications à grande échelle et gourmandes en données, mais il est essentiel de comprendre comment le faire évoluer correctement pour maintenir les performances et la disponibilité sous charge. Dans cet article, nous aborderons les techniques et outils clés pour faire évoluer efficacement les applications Node.js.

Pourquoi faire évoluer une application Node.js ?

La mise à l'échelle fait référence à la capacité d'une application à gérer des charges croissantes, que cela soit dû à une base d'utilisateurs croissante, à davantage de données ou à un trafic plus élevé. Sans mise à l'échelle, une application peut être confrontée à des performances lentes, à des temps d'arrêt et à une inefficacité des ressources.

Deux types de mise à l'échelle

1. Mise à l'échelle verticale : ajout de plus de puissance (CPU, RAM) à un seul serveur. Bien que cela augmente la capacité du serveur, cela présente des limites physiques.

2. Mise à l'échelle horizontale : ajout de serveurs supplémentaires pour répartir la charge, communément appelé « mise à l'échelle horizontale ». Cette méthode est plus flexible et souvent utilisée pour les systèmes à grande échelle.

Techniques clés pour faire évoluer les applications Node.js

1. Équilibrage de charge

L'équilibrage de charge consiste à répartir le trafic entrant sur plusieurs serveurs, garantissant qu'aucun serveur n'est submergé. Ceci est particulièrement important dans la mise à l'échelle horizontale, où plusieurs instances de l'application Node.js sont en cours d'exécution.

Exemple : Utilisation de NGINX pour l'équilibrage de charge

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;
        }
    }
}

Explication:

• Le bloc en amont définit plusieurs instances Node.js.
• Les requêtes entrantes sont réparties entre les instances, améliorant ainsi les performances.

2. Regroupement

Node.js est monothread, mais le module Cluster vous permet d'utiliser plusieurs cœurs de processeur en créant des processus enfants partageant le même port de serveur.

Exemple : Utilisation du module Cluster

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);
}

Explication:

• Le processus maître crée des processus de travail égaux au nombre de cœurs de processeur.
• Chaque travailleur gère les demandes entrantes, répartissant efficacement la charge.

3. Mise en cache

La mise en cache permet d'améliorer les temps de réponse et de réduire la charge en stockant les données fréquemment demandées en mémoire, plutôt que de les récupérer à partir d'une base de données ou de recalculer le résultat.

Exemple : Utilisation de Redis pour la mise en cache

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);
});

Explication:

• Le middleware vérifie Redis pour les données mises en cache avant d'effectuer un appel à la base de données.
• Si les données ne sont pas mises en cache, il procède à leur récupération, les met en cache et envoie la réponse.

4. Microservices apatrides

En divisant une application Node.js monolithique en microservices sans état, vous pouvez faire évoluer chaque service indépendamment. Cela garantit que la mise à l'échelle d'une partie de l'application (par exemple, l'authentification de l'utilisateur) n'a pas d'impact sur les autres parties (par exemple, le traitement des paiements).

Exemple : Architecture de microservices

• Chaque microservice (authentification, catalogue produits, gestion des commandes) est déployé indépendamment.
• La passerelle API ou le maillage de services gère les demandes de routage vers le microservice approprié.

5. Utiliser un proxy inverse

Un serveur proxy inverse peut gérer diverses tâches telles que l'équilibrage de charge, la terminaison SSL et la diffusion de contenu statique, réduisant ainsi la charge sur vos serveurs Node.js.

Exemple : diffusion de contenu statique avec NGINX

server {
    listen 80;

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

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

Explication:

• NGINX est utilisé pour proxy des requêtes dynamiques vers Node.js et servir des fichiers statiques (CSS, JS, images) directement depuis le serveur.

Outils pour faire évoluer les applications Node.js

1. PM2

PM2 est un gestionnaire de processus prêt pour la production pour les applications Node.js qui prend en charge le clustering, les redémarrages automatiques, l'équilibrage de charge et la surveillance des processus.

Exemple : Utilisation de PM2 pour faire évoluer une application

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

Explication:

• PM2 gère plusieurs instances de l'application, fournissant un équilibrage automatique de la charge et une surveillance des processus.

2. Docker et Kubernetes

Containeriser votre application à l'aide de Docker et la déployer sur Kubernetes vous permet de faire évoluer facilement votre application Node.js sur plusieurs serveurs. Kubernetes gère automatiquement l'orchestration, l'équilibrage de charge et la mise à l'échelle.

Exemple : Dockeriser une application Node.js

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

Meilleures pratiques pour faire évoluer les applications Node.js

1. Surveiller les performances : utilisez des outils tels que New Relic, Datadog ou Prometheus pour suivre les mesures de performances et identifier les goulots d'étranglement.
2. Utiliser la programmation asynchrone : Node.js fonctionne mieux lorsque des tâches telles que les opérations d'E/S sont gérées de manière asynchrone. Évitez de bloquer la boucle d'événements.
3. Optimiser les requêtes de base de données : utilisez le regroupement de connexions, les index et la mise en cache pour réduire la charge de la base de données.
4. Mise à l'échelle horizontale par rapport à la mise à l'échelle verticale : la mise à l'échelle horizontale (ajout de plus de serveurs) offre plus de flexibilité et de tolérance aux pannes que la mise à l'échelle verticale (augmentation des ressources du serveur).
5. Garder les services sans état : les services sans état sont plus faciles à mettre à l'échelle car ils ne dépendent pas de l'état de la mémoire entre les requêtes. Utilisez des systèmes externes comme Redis ou des bases de données pour la gestion des sessions.

Conclusion

La mise à l'échelle des applications Node.js est essentielle pour maintenir les performances à mesure que votre application se développe. En tirant parti de techniques telles que l'équilibrage de charge, le clustering, la mise en cache et les microservices sans état, ainsi que d'outils tels que PM2, Docker et Kubernetes, vous pouvez garantir que votre application Node.js évolue efficacement. La mise en œuvre de ces stratégies permettra à votre application de gérer un trafic accru et des ensembles de données plus volumineux sans compromettre la vitesse ou la fiabilité.