面试题：Node.js 中提升网络通信性能的常见方法

Question

在 Node.js 开发中，为提升网络通信性能，通常会采用哪些手段？请至少列举3种，并简要说明其原理。

Answer 1

• 使用集群（Cluster）：
  • 原理：Node.js 基于单线程事件循环机制，在多核 CPU 环境下无法充分利用多核优势。集群模块允许通过复制主进程（Master）来创建多个工作进程（Worker），每个工作进程处理独立的请求，从而利用多核 CPU 的能力，提高服务器整体的并发处理能力。工作进程通过 IPC（进程间通信）与主进程通信，主进程负责负载均衡，将新的网络请求均匀分配到各个工作进程上。
• 优化 I/O 操作：
  • 原理：Node.js 擅长处理 I/O 密集型任务，因为其采用异步非阻塞 I/O 模型。对于文件读取、数据库查询等 I/O 操作，避免使用同步方法，而是使用异步方法。例如 fs.readFile 异步读取文件，在 I/O 操作执行时，Node.js 事件循环不会被阻塞，而是继续处理其他事件，当 I/O 操作完成后，通过回调函数或 Promise 将结果返回，这样可以大大提高网络通信性能，让服务器在等待 I/O 响应时也能处理更多的网络请求。
• 采用连接池：
  • 原理：在与数据库等外部服务进行网络通信时，建立和销毁连接是比较消耗资源的操作。连接池是一个预先创建并维护一定数量连接的资源池。当应用程序需要与外部服务通信时，直接从连接池中获取一个可用连接，使用完毕后再将连接归还到连接池，而不是每次都创建新连接和销毁连接。这样可以减少连接创建和销毁带来的开销，提高网络通信的效率和性能，尤其在高并发场景下，连接池能有效避免过多连接导致的资源耗尽问题。
• 启用 HTTP/2：
  • 原理：HTTP/2 相比 HTTP/1.1 有诸多性能提升。它采用二进制分帧层，将 HTTP 消息分解为独立的帧，并行交错地在客户端和服务器之间传输，实现多路复用，解决了 HTTP/1.1 中的队头阻塞问题，使得同一连接上可以同时处理多个请求和响应。同时，HTTP/2 支持头部压缩，减少了请求和响应头部的大小，从而降低了网络传输的数据量，提高了网络通信性能。在 Node.js 应用中，通过配置服务器启用 HTTP/2 协议，能有效提升应用的网络通信效率。