Node.js 성능 익히기: 작업자 스레드 및 클러스터링의 성능 활용 — Hoai Nho

Node.js는 단일 스레드로 알려져 있으며 이벤트 루프를 활용하여 비동기 작업을 효율적으로 처리합니다. 그러나 CPU 집약적인 작업을 처리하거나 여러 CPU 코어를 활용하려면 작업자 스레드 및 클러스터링과 같은 고급 접근 방식이 필요합니다. 이 글에서는 이러한 기술에 대해 자세히 알아보고 직접 사용할 수 있는 명확한 설명과 실용 코드 예제를 제공합니다.

1. 개요: 작업자 스레드와 클러스터링을 사용하는 이유는 무엇입니까?

• 작업자 스레드: 이벤트 루프를 차단하지 않고 CPU 집약적인 코드를 병렬로 실행합니다.
• 클러스터링: 여러 CPU 코어를 활용하기 위해 여러 인스턴스(프로세스)를 생성하여 애플리케이션을 확장합니다.

두 기술 모두 확장성과 성능을 다루지만 차이점은 다음과 같습니다.

• 작업자 스레드: 단일 프로세스 내의 과도한 계산에 가장 적합합니다.
• 클러스터: 부하를 분산하기 위해 여러 프로세스를 생성하여 높은 트래픽을 처리하는 데 가장 적합합니다.

2. 이벤트 루프와 멀티스레딩의 필요성

Node.js의 이벤트 루프는 단일 스레드입니다. I/O 중심 작업에는 효과적이지만 이미지 처리, 암호화 또는 복잡한 계산과 같은 CPU를 많이 사용하는 작업에는 어려움을 겪습니다. 멀티스레딩이 없으면 이러한 작업은 이벤트 루프를 차단하여 성능에 영향을 미칩니다.

3. Node.js의 작업자 스레드

작업자 스레드를 사용하면 여러 스레드에서 JavaScript 코드를 실행하여 기본 스레드가 차단되는 것을 방지할 수 있습니다.

예: 작업자 스레드를 사용한 이미지 압축

이 예에서는 작업자 스레드를 사용하여 기본 이벤트 루프를 차단하지 않고 이미지를 압축하는 방법을 보여줍니다.

1단계: 이미지 처리를 위해 Sharp를 설치합니다.

npm install sharp

2단계: image-worker.js(작업자 코드)를 생성합니다.

npm install sharp

3단계: Worker_threads의 Worker를 사용하는 메인 스레드

const { parentPort, workerData } = require('worker_threads');
const sharp = require('sharp');

// Compress the image
sharp(workerData.inputPath)
  .resize(800, 600)
  .toFile(workerData.outputPath)
  .then(() => parentPort.postMessage('Compression complete'))
  .catch(err => parentPort.postMessage(`Error: ${err.message}`));

작동 방식

• 메인 스레드는 이미지 압축 작업을 작업자 스레드로 오프로드합니다.
• 다른 작업을 처리하기 위해 이벤트 루프는 무료로 유지됩니다.
• 작업자가 완료되면 다시 메인 스레드로 메시지를 보냅니다.

4. Node.js의 클러스터링

클러스터링에는 사용 가능한 모든 CPU 코어를 활용하여 Node.js 프로세스의 여러 인스턴스 생성이 포함됩니다. 이는 트래픽이 많은 웹 서버에서 특히 유용합니다.

예: 클러스터를 사용하는 간단한 HTTP 서버

이 예에서는 클러스터 모듈을 사용하여 확장 가능한 HTTP 서버를 생성하는 방법을 보여줍니다.

const { Worker } = require('worker_threads');
const path = require('path');

function compressImage(inputPath, outputPath) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const worker = new Worker(path.resolve(__dirname, 'image-worker.js'), {
      workerData: { inputPath, outputPath }
    });

    worker.on('message', message => resolve(message));
    worker.on('error', reject);
    worker.on('exit', code => {
      if (code !== 0) reject(new Error(`Worker stopped with exit code ${code}`));
    });
  });
}

// Example usage
compressImage('input.jpg', 'output.jpg')
  .then(console.log)
  .catch(console.error);

작동 방식

• 기본 프로세스는 CPU 코어 수에 따라 하위 프로세스(작업자)를 분기합니다.
• 작업자는 동일한 포트(이 경우 3000)를 공유하여 들어오는 요청을 처리합니다.
• 작업자가 충돌하면 클러스터 모듈이 자동으로 다시 시작하여 안정성을 보장합니다.

5. 작업자 스레드 또는 클러스터 간 통신

근로자 커뮤니케이션(Pub/Sub 패턴)

작업자와 메인 스레드는 메시지 전달을 통해 통신합니다. 이는 Pub/Sub 모델과 유사합니다. 위의 이미지 압축 예에서 작업자 스레드는 parentPort.postMessage()를 사용하여 기본 스레드에 상태 업데이트를 보냅니다.

클러스터나 스레드 간의 고급 통신을 위해 Redis Pub/Sub 또는 메시지 대기열(예: RabbitMQ)을 사용할 수 있습니다.

6. 작업자 스레드와 클러스터링을 언제 사용해야 합니까?

Aspect	Worker Threads	Clustering
Use case	CPU-intensive tasks	High-traffic applications
Execution	Runs within a single process	Spawns multiple processes
Performance	Avoids blocking the event loop	Utilizes multiple CPU cores
Communication	Message passing between threads	Message passing between processes
Fault Tolerance	Limited to process-level recovery	Can restart individual processes

사용예

• 작업자 스레드: 이미지 압축, 데이터 암호화, 기계 학습 모델 추론
• 클러스터링: 로드 밸런싱된 HTTP 서버, 초당 수천 개의 요청을 처리하는 API.

7. 작업자 및 클러스터 사용 모범 사례

• 순조로운 종료: 데이터 손실을 방지하려면 작업자 또는 클러스터가 정상적으로 종료되도록 합니다.
• 상태 확인: 작업자 프로세스를 모니터링하고 충돌이 발생하면 자동으로 다시 시작합니다.
• 리소스 관리: 작업자가 시스템에 부담을 주지 않도록 메모리와 CPU 사용량을 제한하세요.
• 통신 전략: 클러스터 간 고급 메시지 전달을 위해 Redis 또는 NATS를 사용합니다.

8. 결론

작업자 스레드와 클러스터링은 모두 Node.js 애플리케이션의 성능 및 확장성을 향상시키는 강력한 도구입니다. 작업자 스레드는 이벤트 루프를 차단하지 않고 CPU 바인딩 작업에 가장 적합한 반면, 클러스터링을 사용하면 여러 CPU 코어에 걸쳐 웹 서버를 수평으로 확장할 수 있습니다.

차이점을 이해하고 사용 사례에 적합한 접근 방식을 선택하면 애플리케이션의 처리량 및 복원력을 크게 향상시킬 수 있습니다.

위 내용은 Node.js 성능 익히기: 작업자 스레드 및 클러스터링의 성능 활용 — Hoai Nho의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!