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详解node如何实现多进程?如何部署node项目?

转载2022-08-03 20:27:381066 关注公众号:每天精选资源文章推送
node如何实现多进程?如何部署node项目?下面本篇文章带大家掌握Node.js 多进程模型和项目部署的相关知识,希望对大家有所帮助!

昨天有小伙伴问 express 项目该如何部署。于是整理了这篇文章,主要讲述如何部署一个基于 nodejs 开发的服务端程序,供有需要的朋友们参考。

文章包含几个部分:

  • 线程和进程
  • node.js 实现多进程
  • 服务器安装 Node.js 环境
  • 使用 PM2 管理 Node.js 项目
  • 使用 Nginx 实现接口服务的代理转发

进程 VS 线程

进程

进程(process)是计算机操作系统分配和调度任务的基本单位。打开任务管理器,可以看到其实在计算机的后台运行着非常多的程序,每个程序都是一个进程。

1.png

现代浏览器基本都是多进程架构的,以 Chrome 浏览器为例,打开“更多工具” - “任务管理器”,就能看到当前浏览器的进程信息,其中一个页面就是一个进程,除此之外,还有网路进程,GPU 进程等。

2.png

多进程的架构,得以保证应用更稳定的运行。还是以浏览器为例,假如所有的程序都运行在一个进程中,如果网络出现故障,或者页面渲染出错问题,都会导致整个浏览器的崩溃。通过多进程的架构,哪怕网络进程崩溃了,它不会影响到已有页面的展示,最坏也就是暂时不能接入网络。

线程

线程(thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。举一个例子,一个程序好比是一家公司,下设多个部门,就是若干个进程;每个部门的通力合作使得公司正常运行,而线程就是员工,是具体干活的人。

我们都知道 JavaScript 是一门单线程语言。这么设计是因为早期 JS 主要用来编写脚本程序,负责实现页面的交互效果。如果设计成多线程语言,一是没有必要,二是多个线程共同操作一个 dom 节点,那么浏览器该听谁的?当然随着技术的发展,现在的 JS 也支持了多线程,不过仅用来处理一些和 dom 操作无关的逻辑。

单进程存在的问题

单线程单进程带来一个严重的问题,一个运行中的 node.js 程序,一旦主线程挂掉,那么这个进程也就挂掉了,整个应用也就随之挂掉。再者,现代计算机大都是多核 CPU,四核八线程,八核十六线程,都是很常见的设备了。而 node.js 作为一个单进程的程序,白白浪费掉了多核 CPU 的性能。

针对这种情况,我们需要一个合适的多进程模型,将一个单进程的 node.js 程序变为多进程的架构。

Node.js 的多进程实现

Node.js 实现多进程架构有两种常用方案,都是使用原生模块,分别是 child_process 模块和 cluster 模块。

child_process

child_process 是 node.js 的内置模块,看名字也能猜到它负责的是和子进程有关的事。

我们不再细说该模块的具体用法,实际上它大概只有六七个方法,还是非常容易理解的。我们使用其中的一个 fork 方法来演示如何实现多进程以及多进程之间的通信。

先看下准备好的演示案例的目录结构:

3.png

我们使用 http 模块创建了一个 http server,当有 /sum 请求进来时,会通过 child_process 模块创建一个子进程,并通知子进程执行计算的逻辑,同时父进程也要监听子进程发来的消息:

// child_process.js

const http = require('http')
const { fork } = require('child_process')

const server = http.createServer((req, res) => {
  if (req.url == '/sum') {
    // fork 方法接收一个模块路径,然后开启一个子进程,将模块在子进程中运行
    // childProcess 表示创建的子进程
    let childProcess = fork('./sum.js')

    // 发消息给子进程
    childProcess.send('子进程开始计算')

    // 父进程中监听子进程的消息
    childProcess.on('message', (data) => {
      res.end(data + '')
    })

    // 监听子进程的关闭事件
    childProcess.on('close', () => {
      // 子进程正常退出和报错挂掉,都会走到这里
      console.log('子进程关闭')
      childProcess.kill()
    })

    // 监听子进程的错误事件
    childProcess.on('error', () => {
      console.log('子进程报错')
      childProcess.kill()
    })
  }
    
  if (req.url == '/hello') {
    res.end('hello')
  }
  
  // 模拟父进程报错
  if (req.url == '/error') {
     throw new Error('父进程出错')
     res.end('hello')
   }
})
server.listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on 3000')
})

sum.js 用来模拟子进程要执行的任务。子进程监听父进程发来的消息,处理计算任务,然后将结果发送给父进程:

// sum.js

function getSum() {
  let sum = 0
  for (let i = 0; i < 10000 * 1000 * 100; i++) {
    sum += 1
  }

  return sum
}

// process 是 node.js 中一个全局对象,表示当前进程。在这里也就是子进程。
// 监听主进程发来的消息
process.on('message', (data) => {
  console.log('主进程的消息:', data)
    
  const result = getSum()
  // 将计算结果发送给父进程
  process.send(result)
})

打开终端,运行命令 node 1.child_process

4.png

访问浏览器:

5.png

接着来模拟子进程报错的情况:

// sum.js

function getSum() {
  // ....
}

// 子进程运行5s后,模拟进程挂掉
 setTimeout(() => {
   throw new Error('报错')
 }, 1000 * 5)

process.on('message', (data) => {
  // ...
})

再次访问浏览器,5秒之后观察控制台:

6.png

子进程已经挂掉了,然后再访问另一个 url :/hello

7.png

可见,父进程依然能正确处理请求,说明子进程报错,并不会影响父进程的运行

接着我们来模拟父进程报错的场景,注释掉 sum.js 模块的模拟报错,然后重启服务,浏览器访问 /error

8.png

发现父进程挂掉后,整个 node.js 程序自动退出了,服务完全崩溃,没有挽回的余地。

可见,通过 child_processfork 方法实现 node.js 的多进程架构并不复杂。进程间的通信主要通过 sendon 方法,从这个命名上也能知道,其底层应该是一个发布订阅模式。

但是它存在一个严重的问题,虽然子进程不影响父进程,但是一旦父进程出错挂掉,所有的子进程会被”一锅端掉“ 。所以,这种方案适用于将一些复杂耗时的运算,fork 出一个单独的子进程去做。更准确的来说,这种用法是用来代替多线程的实现,而非多进程。

cluster

使用 child_process 模块实现多进程,貌似不堪大用。所以一般更推荐使用 cluster 模块来实现 node.js 的多进程模型。

cluster,集群的意思,这个名词相信大家都不陌生。打个比方,以前公司只有一个前台,有时候太忙就没办法及时接待访客。现在公司分配了4个前台,即使有三个都在忙,也还有一个能接待新来的访客。集群大致也就是这个意思,对于同一件事,合理的分配给不同的人去干,以此来保证这件事能做到最好。

cluster 模块的使用也比较简单。如果当前进程是主进程,则根据 CPU 的核数创建合适数量的子进程,同时监听子进程的 exit 事件,有子进程退出,就重新 fork 新的子进程。如果不是子进程,则进行实际业务的处理。

const http = require('http')
const cluster = require('cluster')
const cpus = require('os').cpus()

if (cluster.isMaster) {
  // 程序启动时首先走到这里,根据 CPU 的核数,创建出多个子进程
  for (let i = 0; i < cpus.length; i++) {
    // 创建出一个子进程
    cluster.fork()
  }

  // 当任何一个子进程挂掉后,cluster 模块会发出'exit'事件。此时通过再次调用 fork 来来重启进程。
  cluster.on('exit', () => {
    cluster.fork()
  })
} else {
  // fork 方法执行创建子进程,同时会再次执行该模块,此时逻辑就会走到这里
  const server = http.createServer((req, res) => {
    console.log(process.pid)
    res.end('ok')
  })

  server.listen(3000, () => {
    console.log('Server is running on 3000', 'pid: ' + process.pid)
  })
}

启动服务:

9.png

可以看到,cluster 模块创建出了非常多的子进程,好像是每个子进程都运行着同一个web服务。

需要注意的是,此时并非是这些子进程共同监听同一个端口。端口的监听依然是由 createServer 方法创建的 server 去负责,将请求转发给各个子进程。

我们编写一个请求脚本,来请求上面的服务,看下效果。

// request.js

const http = require('http')

for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  http.get('http://localhost:3000')
}

http 模块不仅可以创建 http server,还能用来发送 http 请求。Axios支持浏览器和服务器环境,在服务器端就是使用 http 模块发送 http 请求。

使用 node 命令执行该文件,再看下原来的控制台:

10.png

打印出了具体处理请求的不同子进程的进程ID。

这就是通过 cluster 模块实现的 nodd.js 的多进程架构。

当然,我们在部署 node.js 项目时不会这么干巴巴的写和使用 cluster 模块。有一个非常好用的工具,叫做 PM2,它是一个基于 cluster 模块实现的进程管理工具。在后面的章节中会介绍它的基本用法。

小结

到此为止,我们花了一部分篇幅介绍 node.js 中多进程的知识,其实仅是想要交代下为什么需要使用 pm2 来管理 node.js 应用。本文由于篇幅有限,再加上描述不够准确/详尽,仅做简单介绍。如果是第一次接触这一块内容的朋友,可能没有太明白,也不打紧,后面会再出一篇更细节的文章。

部署实践

准备一个 express 项目

本文已经准备了一个使用 express 开发的示例程序,点此访问

它主要实现了一个接口服务,当访问 /api/users 时,使用 mockjs 模拟了10条用户数据,返回一个用户列表。同时会开启一个定时器,来模拟报错的情况:

const express = require('express')
const Mock = require('mockjs')

const app = express()

app.get("/api/users", (req, res) => {
  const userList = Mock.mock({
    'userList|10': [{
      'id|+1': 1,
      'name': '@cname',
      'email': '@email'
    }]
  })
  
  setTimeout(()=> {
      throw new Error('服务器故障')
  }, 5000)

  res.status(200)
  res.json(userList)
})

app.listen(3000, () => {
  console.log("服务启动: 3000")
})

本地测试一下,在终端中执行命令:

node server.js

打开浏览器,访问用户列表接口:

11.png


五秒钟后,服务器会挂掉:

Snipaste_2022-07-29_15-57-35.png

后面我们使用 pm2 来管理应用后,就可以解决这个问题。

讨论:express 项目是否需要打包

通常完成一个 vue/react 项目后,我们都会先执行打包,再进行发布。其实前端项目要进行打包,主要是因为程序最终的运行环境是浏览器,而浏览器存在各种兼容性问题和性能问题,比如:

  • 高级语法的不支持,需要将 ES6+ 编译为 ES5 语法
  • 不能识别 .vue.jsx.ts 文件,需要编译
  • 减少代码体积,节省带宽资源,提高资源加载速度
  • ......

而使用 express.js 或者 koa.js 开发的项目,并不存在这些问题。并且,Node.js 采用 CommonJS 模块化规范,有缓存的机制;同时,只有当模块在被用到时,才会被导入。如果进行打包,打包成一个文件,其实就浪费了这个优势。所以针对 node.js 项目,并不需要打包。

服务器安装 Node.js

本文以 CentOS 系统为例进行演示。

NVM

为了方便切换 node 的版本,我们使用 nvm 来管理 node。

Nvm(Node Version Manager) ,就是 Node.js 的版本管理工具。通过它,可以让 node 在多个版本之间进行任意切换,避免了需要切换版本时反复的下载和安装的操作。

Nvm的官方仓库是 github.com/nvm-sh/nvm。因为它的安装脚本存放在 githubusercontent 站点上,经常访问不了。所以我在 gitee 上新建了它的镜像仓库,这样就能从 gitee 上访问到它的安装脚本了。

通过 curl 命令下载安装脚本,并使用 bash 执行脚本,会自动完成 nvm 的安装工作:

# curl -o- https://gitee.com/hsyq/nvm/raw/master/install.sh | bash

当安装完成之后,我们再打开一个新的窗口,来使用 nvm :

[root@ecs-221238 ~]# nvm 
-v0.39.1

可以正常打印版本号,说明 nvm 已经安装成功了。

安装 Node.js

现在就可以使用 nvm 来安装和管理 node 了。

查看可用的 node 版本:

# nvm ls-remote

安装 node:

# nvm install 18.0.0

查看已经安装的 node 版本:

[root@ecs-221238 ~]# nvm list
->      v18.0.0
default -> 18.0.0 (-> v18.0.0)
iojs -> N/A (default)
unstable -> N/A (default)
node -> stable (-> v18.0.0) (default)
stable -> 18.0 (-> v18.0.0) (default)

选择一个版本进行使用:

# nvm use 18.0.0

需要注意的一点,在 Windows 上使用 nvm 时,需要使用管理员权限执行 nvm 命令。在 CentOS 上,我默认使用 root 用户登录的,因而没有出现问题。大家在使用时遇到了未知错误,可以搜索一下解决方案,或者尝试下是否是权限导致的问题。

在安装 node 的时候,会自动安装 npm。查看 node 和 npm 的版本号:

[root@ecs-221238 ~]# node -v
v18.0.0

[root@ecs-221238 ~]# npm -v
8.6.0

默认的 npm 镜像源是官方地址:

[root@ecs-221238 ~]# npm config get registry
https://registry.npmjs.org/

切换为国内淘宝的镜像源:

[root@ecs-221238 ~]# npm config set registry https://registry.npmmirror.com

到此为止,服务器就已经安装好 node 环境和配置好 npm 了。

项目上传到服务器

方法有很多,或者从 Github / GitLab / Gitee 仓库中下载到服务器中,或者本地通过 ftp 工具上传。步骤很简单,不再演示。

演示项目放到了 /www 目录 下:

Snipaste_2022-07-29_15-27-55.png

服务器开放端口

一般云服务器仅开放了 22 端口用于远程登录。而常用的80,443等端口并未开放。另外,我们准备好的 express 项目运行在3000端口上。所以需要先到云服务器的控制台中,找到安全组,添加几条规则,开放80和3000端口。

222.png

等等.png

使用 PM2 管理应用

在开发阶段,我们可以使用 nodemon 来做实时监听和自动重启,提高开发效率。在生产环境,就需要祭出大杀器—PM2了。

基本使用

首先全局安装 pm2:

# npm i -g pm2

执行 pm2 -v 命令查看是否安装成功:

[root@ecs-221238 ~]# pm2 
-v5.2.0

切换到项目目录,先把依赖装上:

cd /www/express-demo
npm install

然后使用 pm2 命令来启动应用。

pm2 start app.js -i max
// 或者
pm2 start server.js -i 2

PM2 管理应用有 fork 和 cluster 两种模式。在启动应用时,通过使用 -i 参数来指定实例的个数,会自动开启 cluster 模式。此时就具备了负载均衡的能力。

-i :instance,实例的个数。可以写具体的数字,也可以配置成 max,PM2会自动检查可用的CPU的数量,然后尽可能多地启动进程。

Snipaste_2022-07-29_20-44-08.png

此时应用就启动好了。PM2 会以守护进程的形式管理应用,这个表格展示了应用运行的一些信息,比如运行状态,CPU使用率,内存使用率等。

在本地的浏览器中访问接口:

Snipaste_2022-07-29_18-00-59.png

Cluster 模式是一个多进程多实例的模型,请求进来后会分配给其中一个进程处理。正如前面我们看过的 cluster 模块的用法一样,由于 pm2 的守护,即使某个进程挂掉了,也会立刻重启该进程。

回到服务器终端,执行 pm2 logs 命令,查看下 pm2 的日志:

Snipaste_2022-07-29_20-18-28.png

可见,id 为1的应用实例挂掉了,pm2 会立刻重启该实例。注意,这里的 id 是应用实例的 id,并非进程 id。

到这里,一个 express 项目的简单部署就完成了。通过使用 pm2 工具,基本能保证我们的项目可以稳定可靠的运行。

PM2 常用命令小结

这里整理了一些 pm2 工具常用的命令,可供查询参考。

# Fork模式
pm2 start app.js --name app # 设定应用的名字为 app

# Cluster模式
# 使用负载均衡启动4个进程
pm2 start app.js -i 4     

# 将使用负载均衡启动4个进程,具体取决于可用的 CPU
pm2 start app.js -i 0   

# 等同于上面命令的作用
pm2 start app.js -i max 

 # 给 app 扩展额外的3个进程
pm2 scale app +3

# 将 app 扩展或者收缩到2个进程
pm2 scale app 2              

# 查看应用状态
# 展示所有进程的状态
pm2 list  

# 用原始 JSON 格式打印所有进程列表
pm2 jlist

# 用美化的 JSON 打印所有进程列表
pm2 prettylist  

# 展示特定进程的所有信息
pm2 describe 0

# 使用仪表盘监控所有进程
pm2 monit             

# 日志管理

# 实时展示所有应用的日志
pm2 logs          

# 实时展示 app 应用的日志 
pm2 logs app

# 使用json格式实时展示日志,不输出旧日志,只输出新产生的日志
pm2 logs --json

# 应用管理

# 停止所有进程
pm2 stop all

# 重启所有进程
pm2 restart all       
# 停止指定id的进程
pm2 stop 0     

# 重启指定id的进程
pm2 restart 0         

# 删除id为0进程
pm2 delete 0

# 删除所有的进程
pm2 delete all

每一条命令都可以亲自尝试一下,看看效果。

这里特别展示下 monit 命令,它可以在终端中启动一个面板,实时展示应用的运行状态,通过上下箭头可以切换 pm2 管理的所有应用:

Snipaste_2022-07-29_20-25-21.png

进阶:使用 pm2 配置文件

PM2 的功能十分强大,远不止上面的这几个命令。在真实的项目部署中,可能还需要配置日志文件,watch 模式,环境变量等等。如果每次都手敲命令是十分繁琐的,所以 pm2 提供了配置文件来管理和部署应用。

可以通过以下命令来生成一份配置文件:

[root@ecs-221238 express-demo]# pm2 init simple
File /www/express-demo/ecosystem.config.js generated

会生成一个ecosystem.config.js 文件:

module.exports = {
  apps : [{
    name   : "app1",
    script : "./app.js"
  }]
}

也可以自己创建一个配置文件,比如 app.config.js

const path = require('path')

module.exports = {
  // 一份配置文件可以同时管理多个 node.js 应用
  // apps 是一个数组,每一项都是一个应用的配置
  apps: [{
    // 应用名称
    name: "express-demo",

    // 应用入口文件
    script: "./server.js",

    // 启动应用的模式, 有两种:cluster和fork,默认是fork
    exec_mode: 'cluster',

    // 创建应用实例的数量
    instances: 'max',

    // 开启监听,当文件变化后自动重启应用
    watch: true,

    // 忽略掉一些目录文件的变化。
    // 由于把日志目录放到了项目路径下,一定要将其忽略,否则应用启动产生日志,pm2 监听到变化就会重启,重启又产生日志,就会进入死循环
    ignore_watch: [
      "node_modules",
      "logs"
    ],
    // 错误日志存放路径
    err_file: path.resolve(__dirname, 'logs/error.log'),

    // 打印日志存放路径
    out_file: path.resolve(__dirname, 'logs/out.log'),

    // 设置日志文件中每条日志前面的日期格式
    log_date_format: "YYYY-MM-DD HH:mm:ss",
  }]
}

让 pm2 使用配置文件来管理 node 应用:

pm2 start app.config.js

现在 pm2 管理的应用,会将日志放到项目目录下(默认是放到 pm2 的安装目录下),并且能监听文件的变化,自动重启服务。

Snipaste_2022-07-29_20-46-36.png

更多有用的配置可以参考 PM2 官方文档,点此访问

Nginx 代理转发接口

上面我们直接将 nodejs 项目的3000端口暴露了出去。一般我们都会使用 nginx 做一个代理转发,只对外暴露 80 端口。

安装 Nginx

首先服务器中需要安装 nginx ,有三种方式:

  • 下载源码编译安装
  • 使用 docker 安装
  • 使用包管理工具安装

我这里的系统是 CentOS 8,已经更换了可用的 yum 源,可以直接安装 nginx。如果你的操作系统为 CentOS 7 或者其他发行版,可以搜索适合的安装方法。

使用 yum 安装:

# yum install -y nginx

然后启动 nginx:

# systemctl start nginx

打开浏览器访问服务器地址,可以看到 nginx 默认的主页:

Snipaste_2022-07-29_18-03-09.png

配置接口转发

为项目新建一个配置文件:

# vim /etc/nginx/conf.d/express.conf

监听80端口,将所有请求转发给服务器本地的3000端口的程序处理:

server {
    listen       80;
    server_name  ironfan.site;
    location / {
          proxy_pass http://localhost:3000;
    }
}

conf 目录下的配置文件,会被主配置文件 /etc/nginx/nginx.conf 加载:

Snipaste_2022-07-29_18-20-23.png

修改完配置文件,一定要重启服务:

# systemctl restart nginx

然后本地打开浏览器,去掉原来的3000端口号,直接访问完整的 url:

Snipaste_2022-07-29_18-18-50.png

到这里,就完成了接口转发的配置。从用户的角度出发,这个也叫反向代理。

总结

首先我们比较系统的讲解了为何需要在 node.js 项目中开启多进程,以及两种实现方式:

  • child_process 模块的 fork 方法
  • cluster 模块fork 方法

之后,又讲解了如何在 Linux 服务器中安装 node 环境,以及部署一个 node.js 项目的大致流程,并着重介绍了 pm2 的使用:

  • 上传项目到服务器中

  • 安装项目依赖

  • 使用 pm2 管理应用

最后,讲解了使用 nginx 实现接口的代理转发,将用户请求转发到本地的3000端口的服务。

至此,我们完成了本文的目标,将一个 express 项目部署到服务器,并能稳定可靠的运行

下篇文章,我们会使用 Github Actions 实现 CI/CD,让项目的部署更加便捷高效。

本文演示代码,已上传至 Github,点击访问

更多node相关知识,请访问:nodejs 教程

以上就是详解node如何实现多进程?如何部署node项目?的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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