在现代 Web 应用中，负载均衡是非常重要的一环。它可以实现多台服务器之间的分配负载，以此达到提高 Web 应用的访问速度、提高应用的可用性和可靠性的目的。在 Node.js 和 Express.js 实现负载均衡的一个比较好的方式就是使用 Cluster。本文将会介绍在 Express.js 中使用 Cluster 进行负载均衡的具体做法。
Cluster 的基础知识
Cluster 是 Node.js 集群模块，它允许在多个进程中共享一个网络端口，这使得 Node.js 服务器可以更有效地利用多核 CPU，从而实现了负载均衡。使用 Cluster 模块的形式一般为：
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-在这个例子中，我们首先通过 os.cpus().length 获取当前系统的 CPU 数量，然后 fork 出相应数量的子进程（即 worker），每个 worker 会监听同一个端口。当有请求进来时，master 进程会将请求分布到不同的 worker 进程中。这样我们就实现了负载均衡。值得注意的是，在 Cluster 中不会将请求平均分配给每个 worker，而是采用一个 round-robin 策略。
在 Express 中启用 Cluster
在 Express.js 中启用 Cluster 也很简单，只要把上面的例子组合起来即可。我们只需要修改一下 worker 进程监听的地址和端口即可，如下所示：
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-在这个例子中，我们首先让 master 进程启动出与 CPU 数量相等的 worker 进程，并监听这些 worker 进程的状态。当一个 worker 进程 crach 时，master 进程会 fork 出一个新的 worker 进程来取代它。而在 worker 进程中，我们只需要像之前一样创建 Express 应用和路由，和普通的应用完全一样。我们使用了 cluster.worker.id 来辨识每个 worker 进程，这个信息可以将负载分配到不同的进程中。当我们访问 localhost:3000 时，页面会返回 worker 进程的 id：
Hello World from worker 1
细节优化
实现了简单的负载均衡之后，我们可以看到工作正常，但是还有一些细节问题需要优化：
Cluster 进程中的崩溃问题
当一个 Cluster 进程崩溃时，Node.js 默认会退出主程序并终止所有进程。如果我们想维持负载均衡，我们需要让主进程重新 fork 一个新的 worker 进程来继续处理请求。因此我们需要在 master 进程中监听 worker 的
exit事件，如下：//... cluster.on('exit', function (worker, code, signal) { console.log('Worker ' + worker.process.pid + ' died with code: ' + code + ', and signal: ' + signal); console.log('Starting a new worker'); cluster.fork(); });环境变量问题
子进程的环境变量通常会继承父进程的环境变量，这会导致在部署时出现各种问题。例如，在进行日志记录时，我们需要根据不同的环境设置不同的文件名。因此我们需要手动设置 worker 进程对应的环境变量，如下：
//... cluster.on('fork', function (worker) { worker.send({ type: 'environment', env: process.env.NODE_ENV }); });在主进程启动子进程之后，我们通过发送
environment消息给子进程，让子进程根据自己的环境变量来进行相应地设置。平滑重启问题
由于 Node.js 中的长连接问题，一般需要在重启时避免所有连接全部关闭，以此避免用户端的连接错误问题。Express.js 推荐的做法是通过
server.close()和server.listen()来进行平滑重启，但是在 Cluster 中，这会导致同时启动多个监听服务，进而导致端口占用等问题。因此我们需要使用第三方模块express-graceful-shutdown，如下：-- -------------------- ---- ------- ----- ----- ----------------- - ------------------------------------- ----- --- - ---------- ------------ -------- ----- ---- - --------------- ----- ---- ------ - - ------------------- --- ----- ------ - ---------------- -------- -- - ------------------- - - ----------------- - - --------- -- ---- ------- --- --------------------- -------- --------- - -- ------------- --- ----------- - ------------------------- -------- -- - ---------------- --- - ---在这个例子中，我们使用
const gracefullShutdown = require('express-graceful-shutdown');导入了express-graceful-shutdown模块，这个模块可以让我们平滑地处理 server 关闭。当主进程接收到重启指令时，会发送一个shutdown消息给所有子进程，然后运行gracefullShutdown()函数来关闭每个子进程中的 server 对象，并在 server 完全关闭时执行回调函数。最后，当所有子进程都成功关闭时，主进程会退出自己。需要注意的是，因为我们已经在 worker 中的server.listen()函数中开启了 server 监听，所以我们不需要再在 master 进程中监听端口。
总结
在 Express.js 中使用 Cluster 进行负载均衡是一个非常优秀的选择。在使用 Cluster 进行负载均衡的时候，我们需要考虑到子进程的崩溃问题、环境变量问题、平滑重启问题等各种细节问题。本文介绍了在这些细节问题中的优秀解决方案，并且提供了完整的示例代码，希望对读者在实践中有所帮助。
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