Node.js以其速度和效率而闻名，使其成为构建高性能、可扩展应用程序的流行选择。
然而，Node.js 是开箱即用的，这意味着它在单个 CPU 核心上运行，这在多核服务器环境中可能会受到限制。如果您的应用程序是资源密集型的或者您期望高流量，您将希望最大限度地利用服务器的 CPU 内核。
这就是 Node.js 集群的用武之地。

在这篇文章中，我们将深入探讨Node.js 集群是什么、为什么它很重要，以及如何使用它来提高应用程序的性能。

什么是 Node.js 集群？

Node.js 集群是一种允许您通过生成 Node.js 应用程序的多个实例（工作进程）来利用所有 CPU 核心的技术。
这些工作进程共享相同的端口并由主进程管理。每个工作人员都可以独立处理传入请求，从而允许您的应用程序并行分配工作负载和处理请求。

通过集群 Node.js 应用程序，您可以：

• 利用多个CPU核心
• 提高应用程序性能
• 在一名工作人员崩溃的情况下提供容错能力
• 水平扩展而不会使代码库过于复杂

集群如何工作？

在 Node.js 集群中，有一个 master 进程，控制多个 worker 进程。
主进程不直接处理 HTTP 请求，而是管理处理 HTTP 请求的工作进程。来自客户端的请求分布在这些工作人员之间，有效地平衡负载。

如果工作进程由于某种原因崩溃，主进程可以生成一个新进程，以确保最短的停机时间。

什么时候应该使用集群？

当您的应用程序满足以下条件时，集群特别有用：

• 流量高，需要处理大量并发请求
• 执行 CPU 密集型任务，例如视频编码、图像处理或大规模数据解析。
• 在未充分利用的多核处理器上运行 如果您的应用程序花费大量时间等待 I/O 操作，例如数据库查询或 API 调用，集群可能不会显着提高性能。

在上述情况下，您可以使用异步编程技术来提高吞吐量。

如何在 Node.js 中实现集群

Node.js提供了内置的集群模块来轻松创建集群。让我们通过一个简单的示例来了解如何集群 Node.js 应用程序。

第 1 步：设置您的应用程序
在添加集群之前，我们假设您有一个简单的 HTTP 服务器（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`);
});

该应用程序在单核上运行。让我们修改它以使用聚类。

第2步：使用集群模块
集群模块允许我们将当前进程分叉为多个工作进程。下面是如何实现聚类：

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}`);
}

解释：
1.主进程：[​​&&&]当进程启动时，它会检查它是否是主进程（cluster.isMaster）。主站负责分叉工作进程，每个CPU核心一个。 os.cpus() 方法用于检索可用的 CPU 核心数。

2.工作进程： 对于每个 CPU 核心，都会派生一个新工作进程 (cluster.fork())。这些工作进程运行 HTTP 服务器并处理传入请求。

3.容错性： 如果一个工作进程崩溃了， cluster.on('exit') 事件被触发，并且会产生一个新的工作进程来替换死掉的进程。

第 3 步：测试您的集群应用程序 现在，如果您运行该应用程序：

node server.js

每个请求由不同的worker处理，有效平衡负载。

快乐编码！ ？