多进程架构模型

多进程架构解决了单进程、单线程无法充分利用系统多核 CPU 的问题。

下面通过一个例子实现多进程架构批量启动 Node.js 进程服务。

主进程

创建 Server 并监听指定端口（例如：3000）
根据系统 cpus 开启多个子进程
通过子进程对象的 send 方法发消息到子进程进行通信
在主进程中监听子进程的变化，如果是自杀信号重新启动一个工作进程
主进程在监听到退出消息的时候，先退出子进程再退出主进程

// master.js
const fork = require('child_process').fork;
const cpus = require('os').cpus();

const server = require('net').createServer();
server.listen(3000);
process.title = 'node-master';

const workers = {};
const createWorker = () => {
  const worker = fork('worker.js');
  worker.on('message', function (message) {
    if (message.act === 'suicide') {
      createWorker();
    }
  });
  worker.on('exit', function (code, signal) {
    console.log('worker process exited, code: %s signal: %s', code, signal);
    delete workers[worker.pid];
  });
  worker.on('server', server);
  workers[worker.pid] = worker;
  console.log('worker process created, pid: %s ppid: %s', worker.pid, process.pid);
};

for (let i = 0; i < cpus.length; i++) {
  createWorker();
}

// kill(2) Ctrl+C
process.once('SIGINT', close.bind(this, 'SIGINT'));
// kill(3) Ctrl+\
process.once('SIGQUIT', close.bind(this, 'SIGQUIT'));
// kill(15) default
process.once('SIGTERM', close.bind(this, 'SIGTERM'));
process.once('exit', close.bind(this));

function close(code) {
  console.log('进程退出！', code);

  if (code !== 0) {
    for (let pid in workers) {
      console.log('master process exited, kill worker pid:', pid);
      workers[pid].kill('SIGINT');
    }
  }

  process.exit(0);
}

子进程

创建 Server 对象，不用监听端口
通过 message 事件接收主进程 send 方法发送的消息
监听 uncaughtException 事件，捕获未处理的异常，发送自杀信息由主进程重建进程，子进程在链接关闭之后退出

// worker.js
const http = require('http');
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200, {
    'Content-Type': 'text/plain',
  });
  res.end('I am worker, pid:' + process.pid + ', ppid:' + process.ppid);

  throw new Error('worker process exception!');
  // 测试异常进程退出、重建
});

let worker;
process.title = 'node-worker';
process.on('message', function (message, sendHandle) {
  if (message === 'server') {
    worker = sendHandle;
    worker.on('connection', function (socket) {
      server.emit('connection', socket);
    });
  }
});

process.on('uncaughtException', function (err) {
  console.log(err);
  process.send({ act: 'suicide' });
  worker.close(function () {
    process.exit(1);
  });
});

以上示例简单地介绍了多进程创建、异常监听、重启等，但是作为企业级应用程序我们还需要考虑的更完善，例如：进程的重启次数限制、与守护进程结合、多进程模式下定时任务处理等。推荐看阿里 Egg.js 多进程模式

状态共享

多进程或多个 Web 服务之间的状态共享问题？

多进程模式下各个进程之间是相互独立的，例如用户登录之后 session 的保存，如果保存在服务进程里，那么如果我有 4 个工作进程，每个进程都要保存一份是没必要的，假设服务重启了数据也会丢失。多个 Web 服务也是一样的，还会出现我在 A 机器上创建了 Session，当负载均衡分发到 B 机器上之后还需要再创建一份。一般的做法是通过 Redis 或者数据库来做数据共享。

多进程 vs 多线程

属性	多进程	多线程	比较
数据	数据共享复杂，需要用 IPC；数据是分开的，同步简单	因为共享进程数据，数据共享简单，同步复杂	各有千秋
CPU、内存	占用内存多，切换复杂，CPU 利用率低	占用内存少，切换简单，CPU 利用率高	多线程更好
销毁、切换	创建销毁、切换复杂，速度慢	创建销毁、切换简单，速度很快	多线程更好
coding	编码简单、调试方便	编码、调试复杂	编码、调试复杂
可靠性	进程独立运行，不会互相影响	线程同呼吸共命运	多进程更好
分布式	可用于多机多核分布式，易于扩展	只能用于多核分布式	多进程更好

参考资料：

Node Guidebook

多进程架构模型

主进程

子进程

状态共享

多进程 vs 多线程