Node.js 进程与性能

Node.js 默认是单进程单线程模型。要充分利用多核 CPU、处理 CPU 密集型任务，需要理解 Cluster、Worker Threads 以及性能调优手段。

作者：yanshaodong

单线程模型的优势与瓶颈

• 优势：无锁竞争、无上下文切换开销、事件循环高效处理 I/O 密集型请求。
• 瓶颈：单个 CPU 核心只能跑一个事件循环；一旦执行重计算（如大 JSON 解析、加密、图像处理），会阻塞整个事件循环，所有请求都被卡住。

Cluster 多进程

通过 cluster 模块 fork 多个子进程（每个核一个），共享同一端口，由操作系统分发请求，实现多核并行。

const cluster = require('cluster')
const os = require('os')
const http = require('http')

if (cluster.isPrimary) {
  // 主进程：按 CPU 核心数 fork 子进程
  for (let i = 0; i < os.cpus().length; i++) {
    cluster.fork()
  }
  cluster.on('exit', (worker) => {
    console.log(`进程 ${worker.process.pid} 退出，重启中`)
    cluster.fork()
  })
} else {
  // 子进程：每个都启动一个 HTTP 服务
  http.createServer((req, res) => {
    res.end('handled by ' + process.pid)
  }).listen(3000)
}

• 主进程不处理业务，只负责调度与故障重启。
• 子进程之间内存隔离，共享状态需借助外部存储（Redis）或 IPC 通信。

Worker Threads

用于CPU 密集型任务，避免阻塞主线程的事件循环。与 Cluster 不同，Worker 是线程（共享内存可经 SharedArrayBuffer），而非独立进程。

const { Worker } = require('worker_threads')

// main.js
const worker = new Worker('./compute.js')
worker.on('message', (result) => {
  console.log('计算结果:', result)
})
worker.postMessage({ num: 40 })  // 发送任务

// compute.js
const { parentPort } = require('worker_threads')
parentPort.on('message', ({ num }) => {
  // 此处执行重计算，不会阻塞主线程
  parentPort.postMessage(fibonacci(num))
})

适用场景：加解密、压缩、图像/视频处理、复杂算法。

内存与 CPU 调优

内存限制

Node 默认堆内存上限约为 2GB（旧版 1.5GB），超出会 OOM。

node --max-old-space-size=4096 app.js   # 提升堆上限到 4GB

若应用确实需要超大堆，优先排查内存泄漏，而非一味调大上限。

常见内存泄漏来源

• 全局变量 / 闭包持有大对象未释放。
• 未清理的定时器 setInterval。
• 监听器重复绑定（EventEmitter 泄漏）。
• 缓存无限增长（应使用 LRU 策略）。

性能诊断工具

node --inspect app.js        # 开启调试，Chrome DevTools 远程分析
node --prof app.js           # 生成 V8 profiling 日志

配合 clinic.js、0x 等工具可生成火焰图定位热点。

守护与进程管理

生产环境应使用进程管理器保证可用性：

工具	特点
PM2	最流行，支持集群、日志、监控、零停机重启
Docker + restart policy	容器化部署，崩溃自动拉起
systemd	Linux 原生服务管理

pm2 start app.js -i max     # 按 CPU 核数启动集群
pm2 monit                   # 实时监控
pm2 reload app.js           # 零停机重启

优雅退出

收到终止信号时，应停止接收新请求、处理完在途请求后再退出。

process.on('SIGTERM', () => {
  server.close(() => {
    console.log('已停止接收新连接')
    process.exit(0)
  })
  // 超时强退兜底
  setTimeout(() => process.exit(1), 10000).unref()
})

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作者：yanshaodong