NodeJS のマスター/ワーカーパターン: 説明-jsチュートリアル-php.cn

NodeJS のマスター/ワーカーパターン: 説明

Barbara Streisand

リリース： 2025-01-20 10:33:40

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Master-Worker Pattern in NodeJS: Explained

JavaScript ベースの開発プラットフォームである Node.js を使用すると、開発者は JavaScript を使用してサーバー側アプリケーションを構築できます。そのシングルスレッドのイベント駆動型アーキテクチャは主な強みであり、複数のスレッドやプロセスのオーバーヘッドを発生させることなく、多数の同時リクエストを効率的に管理します。

なぜマスター-ワーカーモデルを採用するのでしょうか?

Node.js の利点にもかかわらず、シングルスレッドの性質には制限があります。

CPU バウンドの操作: 画像操作や暗号化機能などのタスクは単一スレッドをブロックし、全体的なパフォーマンスに影響を与える可能性があります。
堅牢なエラー処理: エラーまたは例外が原因で単一のスレッドがクラッシュすると、アプリケーション全体が停止します。
マルチコアの非効率性: シングルスレッドモデルはマルチコアプロセッサを十分に活用していません。

解決策は？ Node.js のマスター/ワーカーパターン (クラスターモードとも呼ばれます)。この分散システム設計では、複数のワーカープロセスを監視するマスタープロセスを使用します。マスターはワーカーを管理および監視し、ワーカーは個々のタスクを処理します。

マスター-ワーカーパターンの実装

Node.js は、マスター/ワーカーの実装に cluster モジュールを利用します。このモジュールは、複数の子プロセスの作成を簡素化し、制御およびプロセス間通信のメカニズムを提供します。内訳は次のとおりです:

cluster モジュールをインポートし、現在のプロセスがマスターであるかワーカーであるかを識別します。
マスターの場合は、cluster.fork() を使用してワーカープロセスを生成し、イベントリスナーをアタッチしてそのステータスとメッセージを監視します。
ワーカープロセスは特定のタスクを実行し、process.send() 経由でマスターと通信します。

簡単な例

この基本的な例は、cluster モジュールを示します。

<code class="language-javascript">const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`Master ${process.pid} is running`);

  // Spawn workers.
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`);
  });
} else {
  // Workers share a TCP connection (e.g., HTTP server).
  http
    .createServer((req, res) => {
      res.writeHead(200);
      res.end('Hello from Worker!');
    })
    .listen(8000);

  console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}</code>

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マスタープロセスは、自分がマスターであるかどうかを判断します (cluster.isMaster を使用)。その場合、CPU コア数に等しいワーカーが作成されます。各ワーカーは、独自のメモリと V8 インスタンスを持つ独立したプロセスです。ワーカーは HTTP サーバーを確立し、リクエストをリッスンします。 exit イベントはワーカーのクラッシュを処理し、マスターがワーカーを再起動できるようにします。

高度なアプリケーション: Nginx 負荷分散

Nginx をリバースプロキシおよびロードバランサーとして使用し、リクエストを複数の Node.js プロセスに分散することでスケーラビリティを強化します。

Nginx 構成例:

<code class="language-nginx">http {
    upstream node_cluster {
        server 127.0.0.1:8000;
        server 127.0.0.1:8001;
        server 127.0.0.1:8002;
        # ... more Node.js processes
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://node_cluster;
            proxy_http_version 1.1;
            proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
            proxy_set_header Connection 'upgrade';
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_cache_bypass $http_upgrade;
        }
    }
}</code>

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Nginx は、node_cluster にリストされている Node.js プロセス間でリクエストを均等に分散します。