À medida que seu aplicativo Node.js cresce, a demanda por melhor desempenho e escalabilidade aumenta. O Node.js foi projetado para lidar com aplicativos de grande escala e com uso intensivo de dados, mas entender como escalá-lo adequadamente é fundamental para manter o desempenho e a disponibilidade sob carga. Neste artigo, abordaremos as principais técnicas e ferramentas para dimensionar aplicativos Node.js de maneira eficaz.

Por que dimensionar um aplicativo Node.js?

Escalonamento refere-se à capacidade de um aplicativo de lidar com cargas crescentes, seja devido a uma base de usuários crescente, mais dados ou maior tráfego. Sem escalabilidade, um aplicativo pode enfrentar desempenho lento, tempo de inatividade e ineficiência de recursos.

Dois tipos de dimensionamento

1. Escalonamento vertical: Adicionando mais potência (CPU, RAM) a um único servidor. Embora isso aumente a capacidade do servidor, tem limites físicos.

2. Escalonamento horizontal: adição de mais servidores para distribuir a carga, comumente chamado de "escalamento horizontal". Este método é mais flexível e frequentemente usado para sistemas de grande escala.

Principais técnicas para dimensionar aplicativos Node.js

1. Balanceamento de carga

O balanceamento de carga é a prática de distribuir o tráfego de entrada entre vários servidores, garantindo que nenhum servidor fique sobrecarregado. Isso é particularmente importante no dimensionamento horizontal, onde várias instâncias do aplicativo Node.js estão em execução.

Exemplo: usando NGINX para balanceamento de carga

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;
        }
    }
}

Explicação:

• O bloco upstream define várias instâncias do Node.js.
• As solicitações recebidas são distribuídas entre as instâncias, melhorando o desempenho.

2. Agrupamento

Node.js é de thread único, mas o módulo Cluster permite que você utilize vários núcleos de CPU criando processos filhos que compartilham a mesma porta do servidor.

Exemplo: usando o módulo 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);
}

Explicação:

• O processo mestre cria processos de trabalho iguais ao número de núcleos da CPU.
• Cada trabalhador lida com solicitações recebidas, distribuindo a carga de forma eficiente.

3. Cache

O armazenamento em cache ajuda a melhorar os tempos de resposta e reduz a carga, armazenando dados solicitados com frequência na memória, em vez de recuperá-los de um banco de dados ou recalcular o resultado.

Exemplo: usando Redis para armazenamento em 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);
});

Explicação:

• O middleware verifica o Redis em busca de dados armazenados em cache antes de fazer uma chamada ao banco de dados.
• Se os dados não estiverem armazenados em cache, ele busca os dados, armazena-os em cache e envia a resposta.

4. Microsserviços sem estado

Ao dividir um aplicativo Node.js monolítico em microsserviços sem estado, você pode dimensionar cada serviço de forma independente. Isso garante que o dimensionamento de uma parte do aplicativo (por exemplo, autenticação do usuário) não afete outras partes (por exemplo, processamento de pagamentos).

Exemplo: arquitetura de microsserviços

• Cada microsserviço (autenticação, catálogo de produtos, gerenciamento de pedidos) é implantado de forma independente.
• API Gateway ou service mesh lida com solicitações de roteamento para o microsserviço correto.

5. Usando um proxy reverso

Um servidor proxy reverso pode lidar com várias tarefas como balanceamento de carga, terminação SSL e fornecimento de conteúdo estático, reduzindo a carga em seus servidores Node.js.

Exemplo: veiculação de conteúdo estático com NGINX

server {
    listen 80;

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

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

Explicação:

• NGINX é usado para fazer proxy de solicitações dinâmicas para Node.js e servir arquivos estáticos (CSS, JS, imagens) diretamente do servidor.

Ferramentas para dimensionar aplicativos Node.js

1.PM2

PM2 é um gerenciador de processos pronto para produção para aplicativos Node.js que oferece suporte a clustering, reinicializações automáticas, balanceamento de carga e monitoramento de processos.

Exemplo: usando PM2 para dimensionar um aplicativo

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

Explicação:

• PM2 gerencia múltiplas instâncias do aplicativo, fornecendo balanceamento automático de carga e monitoramento de processos.

2. Docker e Kubernetes

Containerizar seu aplicativo usando o Docker e implantá-lo no Kubernetes permite escalar facilmente seu aplicativo Node.js em vários servidores. O Kubernetes cuida da orquestração, do balanceamento de carga e do escalonamento automaticamente.

Exemplo: Dockerizando um aplicativo Node.js

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

Melhores práticas para dimensionar aplicativos Node.js

1. Monitorar desempenho: use ferramentas como New Relic, Datadog ou Prometheus para monitorar métricas de desempenho e identificar gargalos.
2. Use programação assíncrona: Node.js tem melhor desempenho quando tarefas como operações de E/S são tratadas de forma assíncrona. Evite bloquear o loop de eventos.
3. Otimize consultas de banco de dados: use pool de conexões, índices e cache para reduzir a carga do banco de dados.
4. Escalonamento horizontal sobre escalonamento vertical: O escalonamento horizontal (adicionando mais servidores) oferece mais flexibilidade e tolerância a falhas do que o escalonamento vertical (aumentando os recursos do servidor).
5. Manter serviços sem estado: serviços sem estado são mais fáceis de escalar porque não dependem do estado da memória entre as solicitações. Use sistemas externos como Redis ou bancos de dados para gerenciamento de sessões.

Conclusão

O escalonamento de aplicativos Node.js é essencial para manter o desempenho à medida que seu aplicativo cresce. Ao aproveitar técnicas como balanceamento de carga, clustering, cache e microsserviços sem estado, junto com ferramentas como PM2, Docker e Kubernetes, você pode garantir que seu aplicativo Node.js seja dimensionado com eficiência. A implementação dessas estratégias permitirá que seu aplicativo lide com o aumento do tráfego e conjuntos de dados maiores sem comprometer a velocidade ou a confiabilidade.