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眾所周知，Node.js中的JavaScript代碼執行在單線程中，非常脆弱，一旦出現了未捕獲的異常，那么整個應用就會崩潰。這在許多場景下，尤其是web應用中，是無法忍受的。通常的解決方案，便是使用Node.js中自帶的cluster模塊，以master-worker模式啟動多個應用實例。然而大家在享受cluster模塊帶來的福祉的同時，不少人也開始好奇：
讓我們從Node.js項目的lib/cluster.js中的代碼里，來一勘究竟。
問題一
為了得到這個問題的解答，我們先從worker進程的初始化看起，master進程在fork工作進程時，會為其附上環境變量NODE_UNIQUE_ID，是一個從零開始的遞增數：
// lib/cluster.js
// ...
function createWorkerProcess(id, env) {
// ...
workerEnv.NODE_UNIQUE_ID = '' + id;
// ...
return fork(cluster.settings.exec, cluster.settings.args, {
env: workerEnv,
silent: cluster.settings.silent,
execArgv: execArgv,
gid: cluster.settings.gid,
uid: cluster.settings.uid
});
}
隨后Node.js在初始化時，會根據該環境變量，來判斷該進程是否為cluster模塊fork出的工作進程，若是，則執行workerInit()函數來初始化環境，否則執行masterInit()函數。
在workerInit()函數中，定義了cluster._getServer方法，這個方法在任何net.Server實例的listen方法中，會被調用：
// lib/net.js
// ...
function listen(self, address, port, addressType, backlog, fd, exclusive) {
exclusive = !!exclusive;
if (!cluster) cluster = require('cluster');
if (cluster.isMaster || exclusive) {
self._listen2(address, port, addressType, backlog, fd);
return;
}
cluster._getServer(self, {
address: address,
port: port,
addressType: addressType,
fd: fd,
flags: 0
}, cb);
function cb(err, handle) {
// ...
self._handle = handle;
self._listen2(address, port, addressType, backlog, fd);
}
}
你可能已經猜到，問題一的答案，就在這個cluster._getServer函數的代碼中。它主要干了兩件事：
對于第一件事，由于master在接收，傳遞請求給worker時，會符合一定的負載均衡規則（在非Windows平臺下默認為輪詢），這些邏輯被封裝在RoundRobinHandle類中。故，初始化內部TCP服務器等操作也在此處：
// lib/cluster.js
// ...
function RoundRobinHandle(key, address, port, addressType, backlog, fd) {
// ...
this.handles = [];
this.handle = null;
this.server = net.createServer(assert.fail);
if (fd >= 0)
this.server.listen({ fd: fd });
else if (port >= 0)
this.server.listen(port, address);
else
this.server.listen(address); // UNIX socket path.
/// ...
}
對于第二件事，由于net.Server實例的listen方法，最終會調用自身_handle屬性下listen方法來完成監聽動作，故在代碼中修改之：
// lib/cluster.js
// ...
function rr(message, cb) {
// ...
// 此處的listen函數不再做任何監聽動作
function listen(backlog) {
return 0;
}
function close() {
// ...
}
function ref() {}
function unref() {}
var handle = {
close: close,
listen: listen,
ref: ref,
unref: unref,
};
// ...
handles[key] = handle;
cb(0, handle); // 傳入這個cb中的handle將會被賦值給net.Server實例中的_handle屬性
}
// lib/net.js
// ...
function listen(self, address, port, addressType, backlog, fd, exclusive) {
// ...
if (cluster.isMaster || exclusive) {
self._listen2(address, port, addressType, backlog, fd);
return; // 僅在worker環境下改變
}
cluster._getServer(self, {
address: address,
port: port,
addressType: addressType,
fd: fd,
flags: 0
}, cb);
function cb(err, handle) {
// ...
self._handle = handle;
// ...
}
}
至此，第一個問題便已豁然開朗了，總結下：
問題二
解決了問題一，問題二的解決就明朗輕松許多了。通過問題一我們已得知，監聽端口的是master進程中創建的內部TCP服務器，所以第二個問題的解決，著手點就是該內部TCP服務器接手連接時，執行的操作。Cluster模塊的做法是，監聽該內部TCP服務器的connection事件，在監聽器函數里，有負載均衡地挑選出一個worker，向其發送newconn內部消息（消息體對象中包含cmd: 'NODE_CLUSTER'屬性）以及一個客戶端句柄（即connection事件處理函數的第二個參數），相關代碼如下：
// lib/cluster.js
// ...
function RoundRobinHandle(key, address, port, addressType, backlog, fd) {
// ...
this.server = net.createServer(assert.fail);
// ...
var self = this;
this.server.once('listening', function() {
// ...
self.handle.onconnection = self.distribute.bind(self);
});
}
RoundRobinHandle.prototype.distribute = function(err, handle) {
this.handles.push(handle);
var worker = this.free.shift();
if (worker) this.handoff(worker);
};
RoundRobinHandle.prototype.handoff = function(worker) {
// ...
var message = { act: 'newconn', key: this.key };
var self = this;
sendHelper(worker.process, message, handle, function(reply) {
// ...
});
};
Worker進程在接收到了newconn內部消息后，根據傳遞過來的句柄，調用實際的業務邏輯處理并返回：
// lib/cluster.js
// ...
// 該方法會在Node.js初始化時由 src/node.js 調用
cluster._setupWorker = function() {
// ...
process.on('internalMessage', internal(worker, onmessage));
// ...
function onmessage(message, handle) {
if (message.act === 'newconn')
onconnection(message, handle);
// ...
}
};
function onconnection(message, handle) {
// ...
var accepted = server !== undefined;
// ...
if (accepted) server.onconnection(0, handle);
}
至此，問題二也得到了解決，也總結一下：
最后
Node.js中的cluster模塊除了上述提到的功能外，其實還提供了非常豐富的API供master和worker進程之前通信，對于不同的操作系統平臺，也提供了不同的默認行為。本文僅挑選了一條功能線進行了分析闡述。如果大家有閑，非常推薦完整領略一下cluster模塊的代碼實現。
參考：
https://github.com/nodejs/node/blob/master/lib/cluster.js
https://github.com/nodejs/node/blob/master/lib/net.js
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持億速云。
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