面试题：如何在 Node.js 中基于 Cluster 模块实现 HTTP 服务负载均衡

Question

假设你需要利用 Node.js 的 Cluster 模块为一个 HTTP 服务搭建负载均衡环境。请详细阐述实现的步骤，包括如何创建子进程、如何分配请求以及如何处理子进程间的通信与错误。

Answer 1

创建子进程

1. 引入模块：在 Node.js 项目中，首先引入 cluster 和 http 模块。

   const cluster = require('cluster');
   const http = require('http');
   const numCPUs = require('os').cpus().length;
   

2. 主进程逻辑：在主进程中，通过 cluster.fork() 方法创建子进程。一般会根据 CPU 核心数来创建相应数量的子进程。

   if (cluster.isMaster) {
       console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);
       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`);
           cluster.fork();
       });
   }
   

3. 子进程逻辑：在子进程（cluster.isWorker）中，创建 HTTP 服务器来处理请求。

   else {
       const server = http.createServer((req, res) => {
           res.writeHead(200);
           res.end('你好，世界！');
       });
       server.listen(3000, () => {
           console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动，监听端口 3000`);
       });
   }
   

分配请求

1. 负载均衡策略：Node.js 的 cluster 模块内部使用了内置的负载均衡策略，基于 Round - Robin 算法。主进程接收所有的新连接，然后将这些连接循环分配给各个工作进程。
2. 无需额外代码：对于基本的 HTTP 请求分配，开发者无需额外编写负载均衡分配代码，cluster 模块会自动完成请求在子进程间的均衡分配。

处理子进程间的通信

1. 发送消息：工作进程和主进程之间可以通过 worker.send(message) 和 process.send(message) 方法来发送消息。例如，工作进程可以向主进程发送其当前的负载情况。

   // 工作进程发送消息
   setInterval(() => {
       process.send({ type: 'load', value: getLoad() });
   }, 1000);
   

2. 接收消息：通过 cluster.on('message', (worker, message) （主进程）和 process.on('message', (message) （工作进程）来接收消息。例如主进程接收工作进程发送的负载信息。

   // 主进程接收消息
   cluster.on('message', (worker, message) => {
       if (message.type === 'load') {
           console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 的负载: ${message.value}`);
       }
   });
   

处理子进程间的错误

1. 工作进程错误处理：在工作进程中，可以监听 uncaughtException 事件来处理未捕获的异常。当捕获到异常时，可以向主进程发送错误信息，然后安全地关闭自身。

   process.on('uncaughtException', (err) => {
       console.error('工作进程中发生未捕获异常:', err);
       process.send({ type: 'error', error: err.message });
       process.exit(1);
   });
   

2. 主进程错误处理：主进程通过监听 cluster 的 exit 事件，当工作进程因为错误退出时，可以选择重新启动该工作进程。

   cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
       console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出，原因: ${code || signal}`);
       cluster.fork();
   });