Node.js マルチプロセスの概念、原則、利点、およびマルチプロセスを使用してアプリケーションのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させる方法

最新の Web アプリケーション開発では、パフォーマンスとスケーラビリティが最も重要です。Node.js は、高いパフォーマンスと高いスケーラビリティで知られる、イベント駆動型のノンブロッキング I/O ベースの JavaScript ランタイム環境です。ただし、多数の同時リクエストを処理する場合、単一の Node.js プロセスでは不十分な場合があります。マルチコア CPU を最大限に活用し、システムリソースをより有効活用するために、Node.js はマルチプロセスサポートを提供します。

この記事では、Node.js マルチプロセスの概念、原理、利点、およびマルチプロセスを使用してアプリケーションのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させる方法を詳しく紹介します。

マルチプロセスの概要

従来のシングルスレッド Node.js プログラムでは、すべてのリクエストとタスクが単一のプロセスによって処理されるため、場合によってはパフォーマンスのボトルネックが発生する可能性があります。この問題を解決するために、Node.js ではマルチプロセスモデルを導入しています。これにより、リクエストとタスクを処理する複数の子プロセスを作成および管理できるようになります。

Node.js は、clusterマルチプロセスソリューションとしてモジュールを提供します。clusterモジュールを使用すると、メインプロセス (マスタープロセスとも呼ばれます) と複数のワーカープロセス (子プロセスとも呼ばれます) を作成できます。マスタープロセスはリクエストの受信とディスパッチを担当し、ワーカープロセスは実際の処理を担当します。

複数のワーカープロセスがリクエストを並行して処理し、それぞれが独自のイベントループとリソースを持ちます。これにより、マルチコア CPU を活用し、同時に大量のリクエストを処理する際のパフォーマンスとスケーラビリティが向上します。

マルチプロセスの原理

以下は、Node.js マルチプロセスモデルの基本原理です。

メインプロセスが開始されると、特定のポートでリッスンするサーバーが作成されます。
メインプロセスはリクエストを受信すると、組み込みの負荷分散アルゴリズムを通じてアイドル状態のワーカープロセスにリクエストを分散します。
ワーカープロセスはリクエストを受信すると、リクエストを処理してビジネスロジックを実行し、処理結果をメインプロセスに返します。
マスタープロセスはワーカープロセスから応答を受信した後、その応答をクライアントに送信します。

上記のプロセスを実現するために、clusterモジュールは IPC (Inter-Process Communication) メカニズム、つまりプロセス間通信を使用します。マスタープロセスとワーカープロセスは、IPC チャネルを通じて通信できます。この通信スタイルにより、マスタープロセスとワーカープロセス間でメッセージの受け渡しやデータの共有が可能になります。

マルチプロセッシングの利点

マルチプロセスモデルを使用する Node.js アプリケーションには次の利点があります。

システムの負荷容量の向上: マルチプロセスにより、複数のリクエストを並行して処理できるため、システムのスループットが向上し、リクエストの応答時間が短縮されます。
マルチコア CPU を最大限に活用する: マルチプロセスにより、複数の CPU コアで同時にタスクを実行できるため、CPU 使用率が向上します。
信頼性とフォールトトレランスの向上: 1 つのワーカープロセスが予期せずクラッシュするか問題が発生した場合でも、他のワーカープロセスはリクエストの処理を続行できるため、アプリケーションの信頼性とフォールトトレランスが向上します。
ホットリスタートが可能: マルチプロセスモデルにより、ホットリスタート、つまりアプリケーション全体を停止せずにコードと構成を更新することができます。これにより、アプリケーションのダウンタイムとサービスの中断が大幅に削減されます。

マルチプロセッシングモジュールの使用

Node.js マルチプロセスモジュールを使用するには、まずclusterモジュールをインポートし、メインプロセスを作成する必要があります。

const cluster = require('cluster');

if (cluster.isMaster) {
    
    
  // 主进程逻辑
} else {
    
    
  // 工作进程逻辑
}

メインプロセスでは、osモジュールを使用してシステムの CPU コアの数を取得し、各コアのワーカープロセスを作成できます。

const numCPUs = require('os').cpus().length;

for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    
    
  cluster.fork();
}

ワーカープロセスでは、特定のポートをリッスンしてリクエストを処理できます。

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
    
    
  // 请求处理逻辑
});

server.listen(8000);

マルチプロセスモジュールを使用すると、Node.js アプリケーションはマルチプロセス方式で実行され、各ワーカープロセスはリクエストを独立して処理できるようになります。

要約する

この記事では、Node.js マルチプロセスの概念、原理、利点、およびマルチプロセスモジュールを使用してアプリケーションのパフォーマンスとスケーラビリティを向上させる方法を詳しく紹介しました。マルチプロセスモデルにより、マルチコア CPU を最大限に活用し、多数の同時リクエストに直面しても優れたパフォーマンスを提供できます。

マルチプロセスモジュールを使用するには、マスタープロセスとワーカープロセスを作成し、IPC チャネルを通じてプロセス間で通信する必要があります。複数の作業プロセスがリクエストを並行して処理するため、システムの負荷容量と信頼性が向上します。

マルチプロセスモジュールを使用すると、特に同時実行性の高いシナリオに直面した場合に、Node.js アプリケーションのパフォーマンスが大幅に向上します。この記事が、効率的でスケーラブルなネットワークアプリケーションを構築するための Node.js マルチプロセスの理解と使用に役立つことを願っています。コーディングを楽しんでください!