node 利用进程通信实现Cluster共享内存
Node.js的标准API没有提供进程共享内存,然而通过IPC接口的send方法和对message事件的监听,就可以实现一个多进程之间的协同机制,通过通信来操作共享内存。
##IPC的基本用法:
// worker进程 发送消息 process.send(‘读取共享内存'); // master进程 接收消息 -> 处理 -> 发送回信 cluster.on('online', function (worker) { // 有worker进程建立,即开始监听message事件 worker.on(‘message', function(data) { // 处理来自worker的请求 // 回传结果 worker.send(‘result') }); });
在Node.js中,通过send和on(‘message', callback)实现的IPC通信有几个特点。首先,master和worker之间可以互相通信,而各个worker之间不能直接通信,但是worker之间可以通过master转发实现间接通信。另外,通过send方法传递的数据,会先被JSON.stringify处理后再传递,接收后会再用JSON.parse解析。所以Buffer对象传递后会变成数组,而function则无法直接传递。反过来说,就是可以直接传递除了buffer和function之外的所有数据类型(已经很强大了,而且buffer和function也可以用变通的方法实现传递)。
基于以上特点,我们可以设计一个通过IPC来共享内存的方案:
1、worker进程作为共享内存的使用者,并不直接操作共享内存,而是通过send方法通知master进程进行写入(set)或者读取(get)操作。
2、master进程初始化一个Object对象作为共享内存,并根据worker发来的message,对Object的键值进行读写。
3、由于要使用跨进程通信,所以worker发起的set和get都是异步操作,master根据请求进行实际读写操作,然后将结果返回给worker(即把结果数据send给worker)。
##数据格式
为了实现进程间异步的读写功能,需要对通信数据的格式做一点规范。
首先是worker的请求数据:
requestMessage = { isSharedMemoryMessage: true, // 表示这是一次共享内存的操作通信 method: ‘set', // or ‘get' 操作的方法 id: cluster.worker.id, // 发起操作的进程(在一些特殊场景下,用于保证master可以回信) uuid: uuid, // 此次操作的(用于注册/调用回调函数) key: key, // 要操作的键 value: value // 键对应的值(写入) }
master在接到数据后,会根据method执行相应操作,然后根据requestMessage.id将结果数据发给对应的worker,数据格式如下:
responseMessage = { isSharedMemoryMessage: true, // 标记这是一次共享内存通信 uuid: requestMessage.uuid, // 此次操作的唯一标示 value: value // 返回值。get操作为key对应的值,set操作为成功或失败 }
规范数据格式的意义在于,master在接收到请求后,能够将处理结果发送给对应的worker,而worker在接到回传的结果后,能够调用此次通信对应的callback,从而实现协同。
规范数据格式后,接下来要做的就是设计两套代码,分别用于master进程和worker进程,监听通信并处理通信数据,实现共享内存的功能。
##User类
User类的实例在worker进程中工作,负责发送操作共享内存的请求,并监听master的回信。
var User = function() { var self = this; self.__uuid__ = 0; // 缓存回调函数 self.__getCallbacks__ = {}; // 接收每次操作请求的回信 process.on('message', function(data) { if (!data.isSharedMemoryMessage) return; // 通过uuid找到相应的回调函数 var cb = self.__getCallbacks__[data.uuid]; if (cb && typeof cb == 'function') { cb(data.value) } // 卸载回调函数 self.__getCallbacks__[data.uuid] = undefined; }); }; // 处理操作 User.prototype.handle = function(method, key, value, callback) { var self = this; var uuid = self.__uuid__++; process.send({ isSharedMemoryMessage: true, method: method, id: cluster.worker.id, uuid: uuid, key: key, value: value }); // 注册回调函数 self.__getCallbacks__[uuid] = callback; }; User.prototype.set = function(key, value, callback) { this.handle('set', key, value, callback); }; User.prototype.get = function(key, callback) { this.handle('get', key, null, callback); };
##Manager类
Manager类的实例在master进程中工作,用于初始化一个Object作为共享内存,并根据User实例的请求,在共享内存中增加键值对,或者读取键值,然后将结果发送回去。
var Manager = function() { var self = this; // 初始化共享内存 self.__sharedMemory__ = {}; // 监听并处理来自worker的请求 cluster.on('online', function(worker) { worker.on('message', function(data) { // isSharedMemoryMessage是操作共享内存的通信标记 if (!data.isSharedMemoryMessage) return; self.handle(data); }); }); }; Manager.prototype.handle = function(data) { var self = this; var value = this[data.method](data); var msg = { // 标记这是一次共享内存通信 isSharedMemoryMessage: true, // 此次操作的唯一标示 uuid: data.uuid, // 返回值 value: value }; cluster.workers[data.id].send(msg); }; // set操作返回ok表示成功 Manager.prototype.set = function(data) { this.__sharedMemory__[data.key] = data.value; return 'OK'; }; // get操作返回key对应的值 Manager.prototype.get = function(data) { return this.__sharedMemory__[data.key]; };
##使用方法
if (cluster.isMaster) { // 初始化Manager的实例 var sharedMemoryManager = new Manager(); // fork第一个worker cluster.fork(); // 1秒后fork第二个worker setTimeout(function() { cluster.fork(); }, 1000); } else { // 初始化User类的实例 var sharedMemoryUser = new User(); if (cluster.worker.id == 1) { // 第一个worker向共享内存写入一组数据,用a标记 sharedMemoryUser.set('a', [0, 1, 2, 3]); } if (cluster.worker.id == 2) { // 第二个worker从共享内存读取a的值 sharedMemoryUser.get('a', function(data) { console.log(data); // => [0, 1, 2, 3] }); } }
以上就是一个通过IPC通信实现的多进程共享内存功能,需要注意的是,这种方法是直接在master进程的内存里缓存数据,必须注意内存的使用情况,这里可以考虑加入一些简单的淘汰策略,优化内存的使用。另外,如果单次读写的数据比较大,IPC通信的耗时也会相应增加。
完整代码:https://github.com/x6doooo/sharedmemory
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。