Node.js--cluster原理分析
cluster,你真的弄明白了吗？
在上一篇文章中，我们已经了解到了cluster模块的基本使用，cluster使用起来非常简单，
const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;
if (cluster.isMaster) {
for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
cluster.fork();
}
cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出`);
});
} else {
http.createServer((req, res) => {
res.writeHead(200);
res.end('hello world\n');
}).listen(8000);
}
上面的代码就简单的将cluster模块加入到了node.js项目中。但是仔细分析一下这段代码你可能会产生这些疑问：主进程仅仅fork出了子进程，并没有创建httpserver，说好的主进程接收请求分发给子进程呢？每一个子进程都创建了一个httpserver，并侦听同一个端口？是这样的吗？局面好像很尴尬。如果仅仅知道上面的这段代码，似乎无法解决我们的疑惑。那就到源代码中去瞧瞧，推荐一篇好文。如果你也感兴趣，打开源码过一遍，整个世界就明朗了。
cluster.js
'use strict'; const childOrMaster = 'NODE_UNIQUE_ID' in process.env ? 'child' : 'master'; module.exports = require(`internal/cluster/${childOrMaster}`);
上面的三行代码就是cluster.js的全部内容，可以看出，子进程和主进程的区分是通过‘NODE_UNIQUE_ID’来判断的。我们分析cluster.fork方法可以发现，在createworkprocess中都会对NODE_UNIQUE_ID进行赋值，而master进程中是没有NODE_UNIQUE_ID的。所以再demo程序中可以分别在主进程和子进程中执行不同的内容。因此主进程执行完后，就仅仅fork出了子进程。
主进程httpserver
主进程执行完毕后，子进程开始执行响应的代码，子进程首先创建httpserver，然后监听端口号，而正是这个listen方法，暗藏着问题的关键。http模块http.server继承了net模块的net.server，那我们就来看看net.js中的Server.prototype.listen干了哪些事。
在listen中主要执行了listenInCluster方法，其输入信息包含ip,端口号,地址类型,backlog和fd等，listenInCluster函数主要内容如上图中所示，当当前进程是主进程时，直接创建服务监听；如果是子进程，则执行_getserver函数，该函数位于lib/internal/cluster/child.js中，它会传入创建httpserver所需要的端口等相关信息，并向主进程发送‘serverQuery’指令，主进程接收到‘serverQuery’指令后，会new出一个RoundRobinHandle的实例，在这个过程中，主进程服务被创建，端口被监听，子进程被加入到调度度列中。这些完成后，子进程执行回调函数，继续后续操作。
子进程服务创建
在上面的图中还有一个_listen2()方法，该函数对应执行的函数为setupListenHandle(),
function setupListenHandle(address, port, addressType, backlog, fd) { //... if (!address && typeof fd !== 'number') { rval = createServerHandle('::', port, 6, fd); //... if (rval === null) rval = createServerHandle(address, port, addressType, fd); //... this[async_id_symbol] = getNewAsyncId(this._handle); this._handle.onconnection = onconnection; this._handle.owner = this; //... }
通过createServerHandle函数创建句柄（句柄可理解为用户空间的socket），同时给属性onconnection赋值，最后侦听端口，设定backlog。那么，socket处理请求过程“socket(),bind()”步骤就是在createServerHandle完成。
子进程是否也对端口进行了监听？
我们在将实现回到child.js中的_getServer()函数，当子进程向主进程发送完消息后，执行回调函数。由于cluster默认的策略是round-robbin，所以会执行rr()函数：
function rr(message, indexesKey, cb) {
if (message.errno)
return cb(message.errno, null);
var key = message.key;
function listen(backlog) {
// TODO(bnoordhuis) Send a message to the master that tells it to
// update the backlog size. The actual backlog should probably be
// the largest requested size by any worker.
return 0;
}
//...
const handle = { close, listen, ref: noop, unref: noop };
handles[key] = handle;
cb(0, handle);
}
从上面的代码中可以看出，在listen()中直接返回，没有做任何操作。因此子进程服务没有创建对底层服务端socket的进行监听，所以自然不会出现子进程端口复用的情况。最后，调用cb函数，将fake后的handle传递给上层net.Server，设置net.Server对底层的socket的引用。此后，子进程利用fake后的handle做端口侦听（其实压根啥都没有做），执行成功后返回。
client通过tcp连接向主进程发送请求，那主进程又是如何将请求传递给子进程处理呢？
子进程TCP服务器没有创建底层socket，它主要依赖IPC通道与主进程通信，既然主进程负责接受客户端请求，那么理所应当由主进程分发客户端请求给某个子进程，由子进程处理请求。具体分配给哪个子进程处理，是由round-robbine分发策略来决定的。由于子进程在server中设置了对底层的socket的引用，所以子进程接收到任务后，触发connection事件开始执行业务逻辑。
对于该部分还需要持续关注，因为涉及底层libuv，需要结合C++代码一起理解。比如：IPC通信方式有多种，node.js是如何决定使用哪种方式来通信？
总结
对于cluster的分析，得出以下结论：
1. cluster在创建子进程时，会在环境变量中增加标识，以此来区分主进程和子进程
2. listen函数在实现时对主进程和子进程进行了区分，在不同的进程中会执行不同操作
3. nodeJS封装了进程间通信的方法，支持在进程间发送句柄的功能，句柄可以是一个socket对象，一个管道等等
4. 一个端口只能被一个进程监听，但是该端口可以建立多个连接(accpet是产生的套接字)，不同进程间可以共享这些套接字
5. 子进程的listen函数并没有监听端口，它在listen时将端口和地址等信息发送给主进程，由主进程进行监听。
主进程在收到accept事件时，产生连接socket，并把它发送给子进程。子进程直接通过该socket跟client端进行通信