Cluster#

稳定性: 2 - 稳定

源代码: lib/cluster.js

Node.js 进程的集群可用于运行 Node.js 的多个实例,这些实例可以在其应用程序线程之间分配工作负载。 当不需要进程隔离时,请改用 worker_threads 模块,该模块允许在单个 Node.js 实例中运行多个应用程序线程。

cluster 模块允许轻松创建所有共享服务器端口的子进程。

import cluster from 'node:cluster';
import http from 'node:http';
import { availableParallelism } from 'node:os';
import process from 'node:process';

const numCPUs = availableParallelism();

if (cluster.isPrimary) {
  console.log(`Primary ${process.pid} is running`);

  // Fork workers.
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`worker ${worker.process.pid} died`);
  });
} else {
  // Workers can share any TCP connection
  // In this case it is an HTTP server
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('hello world\n');
  }).listen(8000);

  console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}const cluster = require('node:cluster');
const http = require('node:http');
const numCPUs = require('node:os').availableParallelism();
const process = require('node:process');

if (cluster.isPrimary) {
  console.log(`Primary ${process.pid} is running`);

  // Fork workers.
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`worker ${worker.process.pid} died`);
  });
} else {
  // Workers can share any TCP connection
  // In this case it is an HTTP server
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('hello world\n');
  }).listen(8000);

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

现在,运行 Node.js 将在工作进程之间共享端口 8000

$ node server.js
Primary 3596 is running
Worker 4324 started
Worker 4520 started
Worker 6056 started
Worker 5644 started 

在 Windows 上,尚无法在工作进程中设置命名管道服务器。

它是如何工作的#

工作进程是使用 child_process.fork() 方法派生的,以便它们可以通过 IPC 与父进程通信并来回传递服务器句柄。

cluster 模块支持两种分配传入连接的方法。

第一种(也是除 Windows 之外的所有平台上的默认方法)是循环法,其中主进程侦听端口,接受新连接,并以循环方式将它们分配给工作进程,并内置一些智能来避免工作进程过载。

第二种方法是主进程创建侦听套接字并将其发送给感兴趣的工作进程。 然后,工作进程直接接受传入连接。

从理论上讲,第二种方法应该提供最佳性能。 然而,在实践中,由于操作系统调度程序的随意性,分配往往非常不平衡。 已经观察到,在总共八个进程中,超过 70% 的连接最终只在两个进程中结束。

由于 server.listen() 将大部分工作移交给主进程,因此在普通 Node.js 进程和集群工作进程之间存在三种行为不同的情况

  1. server.listen({fd: 7}) 因为消息被传递给主进程,所以将侦听父进程中的文件描述符 7,并将句柄传递给工作进程,而不是侦听工作进程对文件描述符 7 引用的内容的理解。
  2. server.listen(handle) 显式侦听句柄将导致工作进程使用提供的句柄,而不是与主进程通信。
  3. server.listen(0) 通常,这将导致服务器侦听随机端口。 但是,在集群中,每个工作进程每次执行 listen(0) 时都会收到相同的“随机”端口。 本质上,端口第一次是随机的,但此后是可预测的。 要侦听唯一端口,请根据集群工作进程 ID 生成端口号。

Node.js 不提供路由逻辑。 因此,设计应用程序非常重要,这样它就不会过度依赖内存中的数据对象来处理会话和登录等事情。

由于工作进程都是单独的进程,因此可以根据程序的需要杀死或重新生成它们,而不会影响其他工作进程。 只要还有一些工作进程处于活动状态,服务器将继续接受连接。 如果没有工作进程处于活动状态,则现有连接将被删除,并且新连接将被拒绝。 但是,Node.js 不会自动管理工作进程的数量。 根据应用程序自身的需求管理工作进程池是应用程序的责任。

尽管 node:cluster 模块的主要用例是联网,但它也可以用于其他需要工作进程的用例。

类: Worker#

Worker 对象包含有关工作进程的所有公共信息和方法。 在主进程中,可以使用 cluster.workers 获取它。 在工作进程中,可以使用 cluster.worker 获取它。

事件: 'disconnect'#

类似于 cluster.on('disconnect') 事件,但特定于此工作进程。

cluster.fork().on('disconnect', () => {
  // Worker has disconnected
}); 

事件: 'error'#

此事件与 child_process.fork() 提供的事件相同。

在工作进程中,也可以使用 process.on('error')

事件: 'exit'#

  • code <number> 退出代码,如果它正常退出。
  • signal <string> 导致进程被终止的信号名称(例如 'SIGHUP')。

类似于 cluster.on('exit') 事件,但特定于此工作进程。

import cluster from 'node:cluster';

if (cluster.isPrimary) {
  const worker = cluster.fork();
  worker.on('exit', (code, signal) => {
    if (signal) {
      console.log(`worker was killed by signal: ${signal}`);
    } else if (code !== 0) {
      console.log(`worker exited with error code: ${code}`);
    } else {
      console.log('worker success!');
    }
  });
}const cluster = require('node:cluster');

if (cluster.isPrimary) {
  const worker = cluster.fork();
  worker.on('exit', (code, signal) => {
    if (signal) {
      console.log(`worker was killed by signal: ${signal}`);
    } else if (code !== 0) {
      console.log(`worker exited with error code: ${code}`);
    } else {
      console.log('worker success!');
    }
  });
}

事件: 'listening'#

类似于 cluster.on('listening') 事件,但特定于此工作进程。

cluster.fork().on('listening', (address) => {
  // Worker is listening
});cluster.fork().on('listening', (address) => {
  // Worker is listening
});

它不会在工作进程中发出。

事件: 'message'#

类似于 cluster'message' 事件,但特定于此工作进程。

在工作进程中,也可以使用 process.on('message')

请参阅 process 事件:'message'

这是一个使用消息系统的示例。 它在主进程中保留工作进程收到的 HTTP 请求数的计数

import cluster from 'node:cluster';
import http from 'node:http';
import { availableParallelism } from 'node:os';
import process from 'node:process';

if (cluster.isPrimary) {

  // Keep track of http requests
  let numReqs = 0;
  setInterval(() => {
    console.log(`numReqs = ${numReqs}`);
  }, 1000);

  // Count requests
  function messageHandler(msg) {
    if (msg.cmd && msg.cmd === 'notifyRequest') {
      numReqs += 1;
    }
  }

  // Start workers and listen for messages containing notifyRequest
  const numCPUs = availableParallelism();
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  for (const id in cluster.workers) {
    cluster.workers[id].on('message', messageHandler);
  }

} else {

  // Worker processes have a http server.
  http.Server((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('hello world\n');

    // Notify primary about the request
    process.send({ cmd: 'notifyRequest' });
  }).listen(8000);
}const cluster = require('node:cluster');
const http = require('node:http');
const numCPUs = require('node:os').availableParallelism();
const process = require('node:process');

if (cluster.isPrimary) {

  // Keep track of http requests
  let numReqs = 0;
  setInterval(() => {
    console.log(`numReqs = ${numReqs}`);
  }, 1000);

  // Count requests
  function messageHandler(msg) {
    if (msg.cmd && msg.cmd === 'notifyRequest') {
      numReqs += 1;
    }
  }

  // Start workers and listen for messages containing notifyRequest
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  for (const id in cluster.workers) {
    cluster.workers[id].on('message', messageHandler);
  }

} else {

  // Worker processes have a http server.
  http.Server((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('hello world\n');

    // Notify primary about the request
    process.send({ cmd: 'notifyRequest' });
  }).listen(8000);
}

事件: 'online'#

类似于 cluster.on('online') 事件,但特定于此工作进程。

cluster.fork().on('online', () => {
  // Worker is online
}); 

它不会在工作进程中发出。

worker.disconnect()#

在工作进程中,此函数将关闭所有服务器,等待这些服务器上的 'close' 事件,然后断开 IPC 通道。

在主进程中,内部消息被发送到工作进程,导致它在自身上调用 .disconnect()

导致设置 .exitedAfterDisconnect

服务器关闭后,它将不再接受新连接,但任何其他侦听工作进程都可以接受连接。 现有连接将像往常一样被允许关闭。 当不再存在连接时,请参阅 server.close(),到工作进程的 IPC 通道将关闭,允许它正常死亡。

以上内容适用于服务器连接,客户端连接不会被工作进程自动关闭,并且断开连接不会等待它们关闭后再退出。

在工作进程中,存在 process.disconnect,但它不是此函数;它是 disconnect()

由于长时间存在的服务器连接可能会阻止工作进程断开连接,因此发送消息可能很有用,这样可以采取特定于应用程序的操作来关闭它们。 实现超时也可能很有用,如果在一段时间后未发出 'disconnect' 事件,则终止工作进程。

if (cluster.isPrimary) {
  const worker = cluster.fork();
  let timeout;

  worker.on('listening', (address) => {
    worker.send('shutdown');
    worker.disconnect();
    timeout = setTimeout(() => {
      worker.kill();
    }, 2000);
  });

  worker.on('disconnect', () => {
    clearTimeout(timeout);
  });

} else if (cluster.isWorker) {
  const net = require('node:net');
  const server = net.createServer((socket) => {
    // Connections never end
  });

  server.listen(8000);

  process.on('message', (msg) => {
    if (msg === 'shutdown') {
      // Initiate graceful close of any connections to server
    }
  });
} 

worker.exitedAfterDisconnect#

如果工作进程因 .disconnect() 而退出,则此属性为 true。如果工作进程以任何其他方式退出,则为 false。如果工作进程尚未退出,则为 undefined

布尔值 worker.exitedAfterDisconnect 允许区分自愿退出和意外退出,主进程可能会根据此值选择不重新生成工作进程。

cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
  if (worker.exitedAfterDisconnect === true) {
    console.log('Oh, it was just voluntary – no need to worry');
  }
});

// kill worker
worker.kill(); 

worker.id#

每个新的工作进程都会被赋予一个唯一的 ID,此 ID 存储在 id 中。

当工作进程处于活动状态时,它就是 cluster.workers 中索引它的键。

worker.isConnected()#

如果工作进程通过其 IPC 通道连接到主进程,则此函数返回 true,否则返回 false。 工作进程在创建后连接到其主进程。 在发出 'disconnect' 事件后,它将被断开连接。

worker.isDead()#

如果工作进程已终止(由于退出或被发出信号),则此函数返回 true。 否则,它返回 false

import cluster from 'node:cluster';
import http from 'node:http';
import { availableParallelism } from 'node:os';
import process from 'node:process';

const numCPUs = availableParallelism();

if (cluster.isPrimary) {
  console.log(`Primary ${process.pid} is running`);

  // Fork workers.
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('fork', (worker) => {
    console.log('worker is dead:', worker.isDead());
  });

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log('worker is dead:', worker.isDead());
  });
} else {
  // Workers can share any TCP connection. In this case, it is an HTTP server.
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end(`Current process\n ${process.pid}`);
    process.kill(process.pid);
  }).listen(8000);
}const cluster = require('node:cluster');
const http = require('node:http');
const numCPUs = require('node:os').availableParallelism();
const process = require('node:process');

if (cluster.isPrimary) {
  console.log(`Primary ${process.pid} is running`);

  // Fork workers.
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('fork', (worker) => {
    console.log('worker is dead:', worker.isDead());
  });

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log('worker is dead:', worker.isDead());
  });
} else {
  // Workers can share any TCP connection. In this case, it is an HTTP server.
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end(`Current process\n ${process.pid}`);
    process.kill(process.pid);
  }).listen(8000);
}

worker.kill([signal])#

  • signal <string> 要发送到工作进程的终止信号的名称。 默认值: 'SIGTERM'

此函数将终止工作进程。 在主工作进程中,它通过断开 worker.process 的连接来实现这一点,并在断开连接后,使用 signal 终止。 在工作进程中,它通过使用 signal 终止进程来实现这一点。

kill() 函数终止工作进程,而不等待正常断开连接,它的行为与 worker.process.kill() 相同。

为了向后兼容,此方法别名为 worker.destroy()

在工作进程中,process.kill() 存在,但它不是此函数;它是 kill()

worker.process#

所有工作进程都是使用 child_process.fork() 创建的,此函数返回的对象存储为 .process。 在工作进程中,存储的是全局 process

参见: 子进程模块

如果 process 上发生 'disconnect' 事件,并且 .exitedAfterDisconnect 不是 true,则工作进程将调用 process.exit(0)。 这样可以防止意外断开连接。

worker.send(message[, sendHandle[, options]][, callback])#

  • message <Object>
  • sendHandle <Handle>
  • options <Object> options 参数(如果存在)是一个对象,用于参数化发送某些类型的句柄。 options 支持以下属性
    • keepOpen <boolean> 可在传递 net.Socket 实例时使用的值。 当 true 时,套接字在发送进程中保持打开状态。 默认值: false
  • callback <Function>
  • 返回: <boolean>

向工作进程或主进程发送消息,可以选择带句柄。

在主进程中,这会将消息发送到特定的工作进程。 它与 ChildProcess.send() 相同。

在工作进程中,这会将消息发送到主进程。 它与 process.send() 相同。

此示例将回显来自主进程的所有消息

if (cluster.isPrimary) {
  const worker = cluster.fork();
  worker.send('hi there');

} else if (cluster.isWorker) {
  process.on('message', (msg) => {
    process.send(msg);
  });
} 

事件: 'disconnect'#

在工作进程 IPC 通道断开连接后发出。 当工作进程正常退出、被终止或手动断开连接(例如使用 worker.disconnect())时,可能会发生这种情况。

'disconnect''exit' 事件之间可能存在延迟。 这些事件可用于检测进程是否卡在清理中,或者是否存在长时间运行的连接。

cluster.on('disconnect', (worker) => {
  console.log(`The worker #${worker.id} has disconnected`);
}); 

事件: 'exit'#

当任何工作进程死亡时,集群模块将发出 'exit' 事件。

这可用于通过再次调用 .fork() 来重新启动工作进程。

cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
  console.log('worker %d died (%s). restarting...',
              worker.process.pid, signal || code);
  cluster.fork();
}); 

参见 child_process 事件: 'exit'

事件: 'fork'#

当派生新的工作进程时,集群模块将发出 'fork' 事件。 这可用于记录工作进程活动,并创建自定义超时。

const timeouts = [];
function errorMsg() {
  console.error('Something must be wrong with the connection ...');
}

cluster.on('fork', (worker) => {
  timeouts[worker.id] = setTimeout(errorMsg, 2000);
});
cluster.on('listening', (worker, address) => {
  clearTimeout(timeouts[worker.id]);
});
cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
  clearTimeout(timeouts[worker.id]);
  errorMsg();
}); 

事件: 'listening'#

从工作进程调用 listen() 后,当在服务器上发出 'listening' 事件时,也会在主进程中的 cluster 上发出 'listening' 事件。

事件处理程序使用两个参数执行,worker 包含工作进程对象,address 对象包含以下连接属性:addressportaddressType。 如果工作进程正在监听多个地址,这将非常有用。

cluster.on('listening', (worker, address) => {
  console.log(
    `A worker is now connected to ${address.address}:${address.port}`);
}); 

addressType 是以下之一

  • 4 (TCPv4)
  • 6 (TCPv6)
  • -1 (Unix 域套接字)
  • 'udp4''udp6' (UDPv4 或 UDPv6)

事件: 'message'#

当集群主进程收到来自任何工作进程的消息时发出。

参见 child_process 事件: 'message'

事件: 'online'#

在派生新的工作进程后,工作进程应回复在线消息。 当主进程收到在线消息时,它将发出此事件。 'fork''online' 之间的区别在于,当主进程派生工作进程时会发出 fork,而当工作进程运行时会发出 'online'

cluster.on('online', (worker) => {
  console.log('Yay, the worker responded after it was forked');
}); 

事件: 'setup'#

每次调用 .setupPrimary() 时都会发出。

settings 对象是在调用 .setupPrimary() 时的 cluster.settings 对象,仅供参考,因为可以在一个滴答中多次调用 .setupPrimary()

如果准确性很重要,请使用 cluster.settings

cluster.disconnect([callback])#

  • callback <Function> 当所有工作进程断开连接并且句柄关闭时调用。

cluster.workers 中的每个工作进程调用 .disconnect()

当它们断开连接时,所有内部句柄都将被关闭,如果没有任何其他事件等待,则允许主进程正常死亡。

该方法采用一个可选的回调参数,该参数将在完成后调用。

这只能从主进程调用。

cluster.fork([env])#

派生新的工作进程。

这只能从主进程调用。

cluster.isMaster#

稳定性: 0 - 已弃用

已弃用的别名,用于 cluster.isPrimary

cluster.isPrimary#

如果进程是主进程,则为 True。 这由 process.env.NODE_UNIQUE_ID 确定。 如果 process.env.NODE_UNIQUE_ID 未定义,则 isPrimarytrue

cluster.isWorker#

如果进程不是主进程,则为 True(它是 cluster.isPrimary 的否定)。

cluster.schedulingPolicy#

调度策略,cluster.SCHED_RR 用于轮循调度,或 cluster.SCHED_NONE 用于将其留给操作系统。 这是一个全局设置,一旦第一个工作进程派生,或调用 .setupPrimary(),两者之中先发生哪个就有效冻结。

SCHED_RR 是除 Windows 之外的所有操作系统上的默认值。 一旦 libuv 能够有效地分配 IOCP 句柄而不会产生巨大的性能损失,Windows 将更改为 SCHED_RR

也可以通过 NODE_CLUSTER_SCHED_POLICY 环境变量设置 cluster.schedulingPolicy。 有效值为 'rr''none'

cluster.settings#

  • <Object>
    • execArgv <string[]> 传递给 Node.js 可执行文件的字符串参数列表。默认值: process.execArgv
    • exec <string> 工作进程文件的文件路径。默认值: process.argv[1]
    • args <string[]> 传递给工作进程的字符串参数。默认值: process.argv.slice(2)
    • cwd <string> 工作进程的当前工作目录。默认值: undefined(继承自父进程)。
    • serialization <string> 指定用于在进程之间发送消息的序列化类型。 可能的值有 'json''advanced'。 有关更多详细信息,请参阅 child_process 的高级序列化默认值: false
    • silent <boolean> 是否将输出发送到父进程的 stdio。默认值: false
    • stdio <Array> 配置 fork 进程的 stdio。 由于 cluster 模块依赖于 IPC 才能运行,因此该配置必须包含一个 'ipc' 条目。 如果提供了此选项,则它将覆盖 silent。 参阅 child_process.spawn()stdio
    • uid <number> 设置进程的用户标识。(参阅 setuid(2)。)
    • gid <number> 设置进程的组标识。(参阅 setgid(2)。)
    • inspectPort <number> | <Function> 设置工作进程的检查器端口。 它可以是一个数字,也可以是一个不带参数并返回数字的函数。 默认情况下,每个工作进程都有自己的端口,从主进程的 process.debugPort 递增。
    • windowsHide <boolean> 隐藏通常在 Windows 系统上创建的 fork 进程控制台窗口。默认值: false

在调用 .setupPrimary()(或 .fork())之后,此设置对象将包含设置,包括默认值。

此对象不应手动更改或设置。

cluster.setupMaster([settings])#

稳定性: 0 - 已弃用

已弃用的 .setupPrimary() 的别名。

cluster.setupPrimary([settings])#

setupPrimary 用于更改默认的 'fork' 行为。 一旦调用,这些设置将出现在 cluster.settings 中。

任何设置更改只会影响将来对 .fork() 的调用,并且对已在运行的工作进程没有影响。

无法通过 .setupPrimary() 设置的工作进程的唯一属性是传递给 .fork()env

上面的默认值仅适用于第一次调用; 以后调用的默认值是调用 cluster.setupPrimary() 时的当前值。

import cluster from 'node:cluster';

cluster.setupPrimary({
  exec: 'worker.js',
  args: ['--use', 'https'],
  silent: true,
});
cluster.fork(); // https worker
cluster.setupPrimary({
  exec: 'worker.js',
  args: ['--use', 'http'],
});
cluster.fork(); // http workerconst cluster = require('node:cluster');

cluster.setupPrimary({
  exec: 'worker.js',
  args: ['--use', 'https'],
  silent: true,
});
cluster.fork(); // https worker
cluster.setupPrimary({
  exec: 'worker.js',
  args: ['--use', 'http'],
});
cluster.fork(); // http worker

这只能从主进程调用。

cluster.worker#

对当前工作进程对象的引用。 在主进程中不可用。

import cluster from 'node:cluster';

if (cluster.isPrimary) {
  console.log('I am primary');
  cluster.fork();
  cluster.fork();
} else if (cluster.isWorker) {
  console.log(`I am worker #${cluster.worker.id}`);
}const cluster = require('node:cluster');

if (cluster.isPrimary) {
  console.log('I am primary');
  cluster.fork();
  cluster.fork();
} else if (cluster.isWorker) {
  console.log(`I am worker #${cluster.worker.id}`);
}

cluster.workers#

一个哈希,用于存储活动的工件对象,键为 id 字段。 这样可以轻松地遍历所有工件。 它仅在主进程中可用。

工作进程在断开连接退出后,会从 cluster.workers 中删除。 这两个事件之间的顺序无法提前确定。 但是,可以保证从 cluster.workers 列表中删除发生在最后一次 'disconnect''exit' 事件发出之前。

import cluster from 'node:cluster';

for (const worker of Object.values(cluster.workers)) {
  worker.send('big announcement to all workers');
}const cluster = require('node:cluster');

for (const worker of Object.values(cluster.workers)) {
  worker.send('big announcement to all workers');
}