Node.js cluster 模块详解
cluster 模块允许你轻松创建共享同一服务器端口的子进程（worker），充分利用多核 CPU 的性能。它是 Node.js 实现高并发的重要工具。
核心概念
- 主进程（Master）：负责管理工作进程，通常不处理实际请求
- 工作进程（Worker）：实际处理请求的子进程
- IPC 通信：主进程和工作进程之间通过进程间通信（IPC）交换消息
基本使用
const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;if (cluster.isMaster) {console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);// 衍生工作进程for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {cluster.fork();}cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出`);});
} else {// 工作进程可以共享任何 TCP 连接// 在本例子中，它是一个 HTTP 服务器http.createServer((req, res) => {res.writeHead(200);res.end('你好世界\n');}).listen(8000);console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动`);
}
主要 API
cluster.isMaster / cluster.isWorker
cluster.isMaster: 如果是主进程则为 truecluster.isWorker: 如果是工作进程则为 true
cluster.fork([env])
- 衍生一个新的工作进程
- 可以传入环境变量对象
env - 返回
Worker对象
cluster.setupMaster([settings])
- 修改默认的
fork行为 settings可选参数：exec: 工作进程文件路径args: 传递给工作进程的参数silent: 是否将输出发送到父进程的 stdio
cluster.worker
- 当前工作进程对象的引用（仅在子进程中可用）
cluster.workers
- 存储所有活跃工作进程的哈希表
- 键是工作进程 ID，值是
Worker对象
Worker 类
worker.id
- 每个新创建的工作进程都有唯一的 ID
worker.process
- 工作进程的
ChildProcess对象
worker.send(message[, sendHandle][, callback])
- 向工作进程发送消息
- 可以通过
sendHandle发送句柄
worker.kill([signal=‘SIGTERM’])
- 杀死工作进程
worker.disconnect()
- 断开工作进程与主进程的连接
事件
cluster.on(‘fork’, worker)
- 当新的工作进程被 fork 时触发
cluster.on(‘online’, worker)
- 当工作进程开始运行后触发
cluster.on(‘listening’, worker, address)
- 当工作进程调用
listen()后触发
cluster.on(‘disconnect’, worker)
- 当工作进程的 IPC 通道断开时触发
cluster.on(‘exit’, worker, code, signal)
- 当工作进程退出时触发
cluster.on(‘message’, worker, message, handle)
- 当工作进程发送消息时触发
高级特性
1. 进程间通信
if (cluster.isMaster) {const worker = cluster.fork();worker.send('主进程发送的消息');worker.on('message', (msg) => {console.log('收到工作进程消息:', msg);});
} else {process.on('message', (msg) => {console.log('收到主进程消息:', msg);process.send('工作进程回复');});
}
2. 优雅重启
if (cluster.isMaster) {// 启动工作进程const worker = cluster.fork();// 收到重启信号process.on('SIGUSR2', () => {const newWorker = cluster.fork();newWorker.on('listening', () => {worker.kill('SIGTERM');});});
} else {require('./server'); // 你的应用代码
}
3. 共享服务器端口
多个工作进程可以共享同一个端口：
if (cluster.isMaster) {for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {cluster.fork();}
} else {const net = require('net');net.createServer((socket) => {socket.end('由工作进程 ' + process.pid + ' 处理');}).listen(8000);
}
性能注意事项
- 负载均衡：Node.js 的 cluster 模块默认使用轮询调度（除了 Windows）
- 状态共享：工作进程之间不共享内存，需要通过 IPC 或外部存储（如 Redis）共享状态
- 长连接：对于 WebSocket 等长连接应用，需要确保同一客户端始终连接到同一工作进程
实际应用示例
Express 应用集群化
const cluster = require('cluster');
const express = require('express');
const numCPUs = require('os').cpus().length;if (cluster.isMaster) {console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);// 衍生工作进程for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {cluster.fork();}cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出`);// 自动重启cluster.fork();});
} else {const app = express();app.get('/', (req, res) => {res.send(`由工作进程 ${process.pid} 处理`);});app.listen(3000, () => {console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动`);});
}
常见问题解决方案
- 工作进程崩溃：监听
exit事件并自动重启 - 零停机部署：使用
SIGUSR2信号实现优雅重启 - 会话保持：使用粘性会话（sticky session）或外部会话存储
总结
cluster 模块是 Node.js 实现多进程的核心模块，能够显著提升应用的并发处理能力。通过合理配置和管理工作进程，可以构建高可用、高性能的 Node.js 应用。