Node.js известен своей скоростью и эффективностью, что делает его популярным выбором для создания высокопроизводительных масштабируемых приложений.
Однако изначально Node.js является однопоточным, что означает, что он работает на одном ядре ЦП, что может быть ограничением в многоядерных серверных средах. Если ваше приложение ресурсоемкое или вы ожидаете высокий трафик, вам следует максимально эффективно использовать ядра ЦП вашего сервера.
Именно здесь на помощь приходит кластеризация Node.js.

В этом посте мы углубимся в что такое кластеризация Node.js, почему это важно и как вы можете использовать ее для повышения производительности ваших приложений.

Что такое кластеризация Node.js?

Кластеризация Node.js — это метод, который позволяет вам использовать все ядра ЦП путем создания нескольких экземпляров (работников) вашего приложения Node.js.
Эти рабочие процессы используют один и тот же порт и управляются главным процессом. Каждый работник может обрабатывать входящие запросы независимо, что позволяет вашему приложению распределять рабочую нагрузку и обрабатывать запросы параллельно.

Кластеризуя приложение Node.js, вы можете:

• Использовать несколько ядер ЦП
• Улучшите производительность приложений
• Обеспечить отказоустойчивость на случай сбоя одного рабочего процесса
• Горизонтальное масштабирование без чрезмерного усложнения кодовой базы

Как работает кластеризация?

В кластере Node.js есть главный процесс, который управляет несколькими рабочими процессами.
Главный процесс не обрабатывает HTTP-запросы напрямую, но управляет процессами, которые это делают. Запросы от клиентов распределяются между этими воркёрами, эффективно балансируя нагрузку.

Если по какой-либо причине рабочий процесс выходит из строя, главный процесс может создать новый, что обеспечивает минимальное время простоя.

Когда следует использовать кластеризацию?

Кластеризация особенно полезна, когда ваше приложение:

• У вас большой трафик, и вам необходимо обрабатывать множество одновременных запросов
• Выполняет задачи, связанные с процессором, такие как кодирование видео, обработка изображений или крупномасштабный анализ данных.
• Работает на многоядерных процессорах, которые не используются полностью Если ваше приложение тратит много времени на ожидание операций ввода-вывода, таких как запросы к базе данных или вызовы API, кластеризация может незначительно улучшить производительность.

В приведенных выше случаях вы можете улучшить пропускную способность с помощью методов асинхронного программирования.

Как реализовать кластеризацию в Node.js

Node.js предоставляет встроенный модуль кластеров, позволяющий легко создавать кластеры. Давайте рассмотрим простой пример того, как кластеризовать приложение Node.js.

Шаг 1. Настройка приложения
Прежде чем добавлять кластеризацию, предположим, что у вас есть простой HTTP-сервер (server.js):

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200);
  res.end('Hello World\n');
});

server.listen(3000, () => {
  console.log(`Worker process ID: ${process.pid} is listening on port 3000`);
});

Это приложение работает на одном ядре. Давайте изменим его для использования кластеризации.

Шаг 2. Использование модуля кластера
Модуль кластера позволяет нам разделить текущий процесс на несколько рабочих процессов. Вот как реализовать кластеризацию:

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const os = require('os');

// Get the number of CPU cores
const numCPUs = os.cpus().length;

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

  // Fork workers for each CPU core
  for (let i = 0; i  {
    console.log(`Worker ${worker.process.pid} died. Spawning a new one...`);
    cluster.fork();
  });
} else {
  // Workers share the same TCP connection
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Hello from worker '   process.pid   '\n');
  }).listen(3000);

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

Объяснение:
1. Главный процесс: При запуске процесса он проверяет, является ли он главным процессом (cluster.isMaster). Мастер отвечает за разветвление рабочих процессов, по одному для каждого ядра ЦП. Метод os.cpus() используется для получения количества доступных ядер ЦП.

2. Рабочие процессы: Для каждого ядра ЦП создается новый рабочий процесс (cluster.fork()). Эти рабочие процессы запускают HTTP-сервер и обрабатывают входящие запросы.

3. Отказоустойчивость: Если рабочий процесс аварийно завершает работу, запускается событие кластера.on('exit') и создается новый рабочий процесс для замены мертвого.

Шаг 3. Тестирование кластерного приложения
Теперь, если вы запустите приложение:

node server.js

Вы заметите, что создается несколько рабочих процессов, каждый из которых имеет уникальный идентификатор процесса. Каждый запрос обрабатывается отдельным исполнителем, что эффективно балансирует нагрузку.

Вы можете проверить, как кластеризация повышает производительность вашего приложения, отправив несколько запросов и наблюдая, как рабочая нагрузка распределяется между воркёрами.

Итак, в следующий раз, когда вы будете создавать высокопроизводительное приложение Node.js, не забудьте подумать о кластеризации!

Вот и все об этом блоге! Следите за обновлениями и продолжайте создавать потрясающие приложения! ?✨
Приятного кодирования! ?