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Node.Js中實現端口重用原理詳解

發布時間:2020-09-24 03:26:25 來源:腳本之家 閱讀:115 作者:G_Doe 欄目:web開發

本文介紹了Node.Js中實現端口重用原理詳解,分享給大家,具體如下:

起源,從官方實例中看多進程共用端口

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`);
 });
} else {
 http.createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200);
  res.end('hello world\n');
 }).listen(8000);

 console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}

執行結果:

$ node server.js
Master 3596 is running
Worker 4324 started
Worker 4520 started
Worker 6056 started
Worker 5644 started

了解http.js模塊:

我們都只有要創建一個http服務,必須引用http模塊,http模塊最終會調用net.js實現網絡服務

// lib/net.js
'use strict';

 ...
Server.prototype.listen = function(...args) {
  ...
 if (options instanceof TCP) {
   this._handle = options;
   this[async_id_symbol] = this._handle.getAsyncId();
   listenInCluster(this, null, -1, -1, backlogFromArgs); // 注意這個方法調用了cluster模式下的處理辦法
   return this;
  }
  ...
};

function listenInCluster(server, address, port, addressType,backlog, fd, exclusive) {
// 如果是master 進程或者沒有開啟cluster模式直接啟動listen
if (cluster.isMaster || exclusive) {
  //_listen2,細心的人一定會發現為什么是listen2而不直接使用listen
 // _listen2 包裹了listen方法,如果是Worker進程,會調用被hack后的listen方法,從而避免出錯端口被占用的錯誤
  server._listen2(address, port, addressType, backlog, fd);
  return;
 }
 const serverQuery = {
  address: address,
  port: port,
  addressType: addressType,
  fd: fd,
  flags: 0
 };

// 是fork 出來的進程,獲取master上的handel,并且監聽,
// 現在是不是很好奇_getServer方法做了什么
 cluster._getServer(server, serverQuery, listenOnMasterHandle);
}
 ...

答案很快就可以通過cluster._getServer 這個函數找到

  1. 代理了server._listen2 這個方法在work進程的執行操作
  2. 向master發送queryServer消息,向master注冊一個內部TCP服務器
// lib/internal/cluster/child.js
cluster._getServer = function(obj, options, cb) {
 // ...
 const message = util._extend({
  act: 'queryServer',  // 關鍵點:構建一個queryServer的消息
  index: indexes[indexesKey],
  data: null
 }, options);

 message.address = address;

// 發送queryServer消息給master進程,master 在收到這個消息后,會創建一個開始一個server,并且listen
 send(message, (reply, handle) => {
   rr(reply, indexesKey, cb);       // Round-robin.
 });

 obj.once('listening', () => {
  cluster.worker.state = 'listening';
  const address = obj.address();
  message.act = 'listening';
  message.port = address && address.port || options.port;
  send(message);
 });
};
 //...
 // Round-robin. Master distributes handles across workers.
function rr(message, indexesKey, cb) {
  if (message.errno) return cb(message.errno, null);
  var key = message.key;
  // 這里hack 了listen方法
  // 子進程調用的listen方法,就是這個,直接返回0,所以不會報端口被占用的錯誤
  function listen(backlog) {
    return 0;
  }
  // ...
  const handle = { close, listen, ref: noop, unref: noop };
  handles[key] = handle;
  // 這個cb 函數是net.js 中的listenOnMasterHandle 方法
  cb(0, handle);
}
// lib/net.js
/*
function listenOnMasterHandle(err, handle) {
  err = checkBindError(err, port, handle);
  server._handle = handle;
  // _listen2 函數中,調用的handle.listen方法,也就是上面被hack的listen
  server._listen2(address, port, addressType, backlog, fd);
 }
*/

master進程收到queryServer消息后進行啟動服務

  1. 如果地址沒被監聽過,通過RoundRobinHandle監聽開啟服務
  2. 如果地址已經被監聽,直接綁定handel到已經監聽到服務上,去消費請求
// lib/internal/cluster/master.js
function queryServer(worker, message) {

  const args = [
    message.address,
    message.port,
    message.addressType,
    message.fd,
    message.index
  ];

  const key = args.join(':');
  var handle = handles[key];

  // 如果地址沒被監聽過,通過RoundRobinHandle監聽開啟服務
  if (handle === undefined) {
    var constructor = RoundRobinHandle;
    if (schedulingPolicy !== SCHED_RR ||
      message.addressType === 'udp4' ||
      message.addressType === 'udp6') {
      constructor = SharedHandle;
    }

    handles[key] = handle = new constructor(key,
      address,
      message.port,
      message.addressType,
      message.fd,
      message.flags);
  }

  // 如果地址已經被監聽,直接綁定handel到已經監聽到服務上,去消費請求
  // Set custom server data
  handle.add(worker, (errno, reply, handle) => {
    reply = util._extend({
      errno: errno,
      key: key,
      ack: message.seq,
      data: handles[key].data
    }, reply);

    if (errno)
      delete handles[key]; // Gives other workers a chance to retry.

    send(worker, reply, handle);
  });
}

看到這一步,已經很明顯,我們知道了多進行端口共享的實現原理

  1. 其實端口僅由master進程中的內部TCP服務器監聽了一次
  2. 因為net.js 模塊中會判斷當前的進程是master還是Worker進程
  3. 如果是Worker進程調用cluster._getServer 去hack原生的listen 方法
  4. 所以在child調用的listen方法,是一個return 0 的空方法,所以不會報端口占用錯誤

那現在問題來了,既然Worker進程是如何獲取到master進程監聽服務接收到的connect呢?

  1. 監聽master進程啟動的TCP服務器的connection事件
  2. 通過輪詢挑選出一個worker
  3. 向其發送newconn內部消息,消息體中包含了客戶端句柄
  4. 有了句柄,誰都知道要怎么處理了哈哈
// lib/internal/cluster/round_robin_handle.js

function RoundRobinHandle(key, address, port, addressType, fd) {

  this.server = net.createServer(assert.fail);

  if (fd >= 0)
    this.server.listen({ fd });
  else if (port >= 0)
    this.server.listen(port, address);
  else
    this.server.listen(address); // UNIX socket path.

  this.server.once('listening', () => {
    this.handle = this.server._handle;
    // 監聽onconnection方法
    this.handle.onconnection = (err, handle) => this.distribute(err, handle);
    this.server._handle = null;
    this.server = null;
  });
}

RoundRobinHandle.prototype.add = function (worker, send) {
  // ...
};

RoundRobinHandle.prototype.remove = function (worker) {
  // ...
};

RoundRobinHandle.prototype.distribute = function (err, handle) {
  // 負載均衡地挑選出一個worker
  this.handles.push(handle);
  const worker = this.free.shift();
  if (worker) this.handoff(worker);
};

RoundRobinHandle.prototype.handoff = function (worker) {
  const handle = this.handles.shift();
  const message = { act: 'newconn', key: this.key };
  // 向work進程其發送newconn內部消息和客戶端的句柄handle
  sendHelper(worker.process, message, handle, (reply) => {
  // ...
    this.handoff(worker);
  });
};

下面讓我們看看Worker進程接收到newconn消息后進行了哪些操作

// lib/child.js
function onmessage(message, handle) {
  if (message.act === 'newconn')
   onconnection(message, handle);
  else if (message.act === 'disconnect')
   _disconnect.call(worker, true);
 }

// Round-robin connection.
// 接收連接,并且處理
function onconnection(message, handle) {
 const key = message.key;
 const server = handles[key];
 const accepted = server !== undefined;

 send({ ack: message.seq, accepted });

 if (accepted) server.onconnection(0, handle);
}

總結

  1. net模塊會對進程進行判斷,是worker 還是master, 是worker的話進行hack net.Server實例的listen方法
  2. worker 調用的listen 方法是hack掉的,直接return 0,不過會向master注冊一個connection接手的事件
  3. master 收到客戶端connection事件后,會輪詢向worker發送connection上來的客戶端句柄
  4. worker收到master發送過來客戶端的句柄,這時候就可以處理客戶端請求了

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