面试题：Node.js TCP Socket高并发场景下错误处理与恢复的优化

1. 连接池管理

连接复用：
- 创建一个连接池，在应用启动时初始化一定数量的TCP连接。当有新的请求需要建立连接时，优先从连接池中获取可用连接，而不是创建新的连接。这样可以减少频繁创建和销毁连接带来的开销。
- 例如，使用node - mysql模块连接数据库时，就可以通过配置连接池参数来实现连接复用。对于TCP Socket连接也可类似实现，维护一个连接队列，标记连接的使用状态。
动态调整连接池大小：
- 根据系统的负载情况动态调整连接池的大小。可以通过监控活动连接数、系统资源利用率（如CPU、内存）等指标来判断是否需要增加或减少连接池中的连接数量。
- 比如，当活动连接数接近连接池的最大连接数且持续一段时间，并且CPU利用率较低时，可以适当增加连接池的大小；反之，当活动连接数较少且持续一段时间，可以减少连接池的大小以释放资源。

2. 资源竞争处理

锁机制：
- 当多个请求同时访问连接池或其他共享资源时，使用锁机制来确保同一时间只有一个请求能够对共享资源进行操作，避免资源竞争。在Node.js中，可以使用mutex（互斥锁）来实现。例如，使用async - mutex模块，在获取连接或释放连接时加锁，操作完成后解锁。
- 示例代码：

const Mutex = require('async - mutex').Mutex;
const mutex = new Mutex();
async function getConnection() {
    const release = await mutex.acquire();
    try {
        // 从连接池获取连接的逻辑
        const connection = connectionPool.get();
        return connection;
    } finally {
        release();
    }
}

队列化请求：
- 将请求放入队列中，依次处理，避免多个请求同时争抢资源。可以使用async - queue模块来实现请求队列。每个请求进入队列后，按照顺序从连接池获取连接进行处理。
- 示例代码：

const Queue = require('async - queue');
const queue = new Queue(async function (task, callback) {
    const connection = await getConnection();
    try {
        // 使用连接处理任务的逻辑
        await task(connection);
    } finally {
        connectionPool.release(connection);
        callback();
    }
}, 10); // 最大并发数为10

3. 错误处理与恢复

错误捕获与日志记录：
- 在每个连接的操作过程中，使用try - catch块捕获可能出现的错误，如连接超时、资源耗尽等。对于捕获到的错误，记录详细的日志信息，包括错误类型、错误发生的时间、连接的相关信息（如IP地址、端口号）等。这有助于定位问题和分析系统的运行状况。
- 示例代码：

socket.on('data', async function (data) {
    try {
        // 处理接收到的数据的逻辑
        await processData(data);
    } catch (error) {
        console.error(`Error processing data from socket ${socket.remoteAddress}:${socket.remotePort}:`, error);
    }
});

连接重试机制：
- 对于一些临时性的连接错误（如网络波动导致的连接中断），实现自动重试机制。在捕获到连接错误后，根据一定的策略进行重试，例如指数退避策略。每次重试之间的时间间隔按照指数增长，避免短时间内大量无效的重试请求对系统造成额外负担。
- 示例代码：

async function connectWithRetry() {
    let retryCount = 0;
    while (true) {
        try {
            const socket = net.connect({ port, host });
            return socket;
        } catch (error) {
            const delay = Math.min(1000 * Math.pow(2, retryCount), 10000);
            console.log(`Connection error, retrying in ${delay}ms...`);
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, delay));
            retryCount++;
        }
    }
}

健康检查与连接替换：
- 定期对连接池中的连接进行健康检查，判断连接是否仍然可用。可以通过发送心跳包等方式进行检查。对于不可用的连接，及时从连接池中移除，并创建新的连接补充到连接池中，确保连接池中的连接始终处于可用状态。
- 示例代码：

setInterval(() => {
    connectionPool.forEach(connection => {
        if (!connection.writable) {
            connection.destroy();
            connectionPool.remove(connection);
            const newConnection = createNewConnection();
            connectionPool.add(newConnection);
        }
    });
}, 10000); // 每10秒检查一次

4. 系统稳定性和性能优化

负载均衡：
- 在高并发场景下，可以引入负载均衡机制，将请求均匀分配到多个服务器实例上，减轻单个服务器的压力。可以使用硬件负载均衡器（如F5）或软件负载均衡器（如Nginx、HAProxy）。对于Node.js应用，可以结合cluster模块实现多进程负载均衡，充分利用多核CPU的性能。
- 示例代码（使用cluster模块）：

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

if (cluster.isMaster) {
    console.log(`Master ${process.pid} is running`);
    for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
        cluster.fork();
    }
    cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
        console.log(`worker ${worker.process.pid} died`);
        cluster.fork();
    });
} else {
    http.createServer((req, res) => {
        res.writeHead(200);
        res.end('Hello World\n');
    }).listen(8000);
    console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}

缓存策略：
- 对于一些频繁访问且不经常变化的数据，可以采用缓存策略。在TCP Socket应用中，可以在应用层实现简单的缓存，例如使用Map对象缓存部分数据。当有请求到来时，先检查缓存中是否有需要的数据，如果有则直接返回，减少对后端资源的访问，提高系统性能。
- 示例代码：

const dataCache = new Map();
async function getData(key) {
    if (dataCache.has(key)) {
        return dataCache.get(key);
    }
    const data = await fetchDataFromBackend(key);
    dataCache.set(key, data);
    return data;
}

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面试题：Node.js TCP Socket高并发场景下错误处理与恢复的优化

知识考点

面试题答案

1. 连接池管理

2. 资源竞争处理

3. 错误处理与恢复

4. 系统稳定性和性能优化