Как работает кластеризация Node.js приложений с PM2?

Кластеризация Node.js приложений с PM2

PM2 - это менеджер процессов для Node.js, который позволяет запускать несколько экземпляров приложения, используя все доступные ядра CPU. Поскольку Node.js работает в однопоточном режиме (один event loop на процесс), кластеризация - ключевой механизм масштабирования на многоядерных серверах.

Принцип работы

PM2 использует встроенный модуль cluster из Node.js. Создается master-процесс, который форкает несколько worker-процессов. Каждый worker - полноценный экземпляр приложения со своим event loop и памятью:

// ecosystem.config.js
module.exports = {
  apps: [{
    name: "api",
    script: "./dist/server.js",
    instances: "max",     // по числу ядер CPU
    exec_mode: "cluster", // режим кластера
    max_memory_restart: "500M",
    env: {
      NODE_ENV: "production",
      PORT: 3000
    }
  }]
};

pm2 start ecosystem.config.js
pm2 status  # покажет все worker-процессы

Балансировка нагрузки

PM2 использует round-robin стратегию балансировки (по умолчанию на Linux). Master-процесс принимает входящие соединения на порт и распределяет их между worker-ами поочередно:

Client Request -> Master (port 3000)
                    |-- Worker 1 (обрабатывает запрос)
                    |-- Worker 2
                    |-- Worker 3
                    |-- Worker 4

На Windows используется стратегия ОС, где сокет шарится между процессами.

Zero-Downtime Reload

Одно из главных преимуществ PM2 кластера - перезапуск без простоя:

pm2 reload api  # graceful reload

PM2 перезапускает worker-ы по одному: останавливает первый, ждет завершения запросов, поднимает новый, переходит к следующему. В любой момент времени часть worker-ов обслуживает запросы.

Проблемы и решения

1. Shared state: Каждый worker имеет свою память. Сессии, кеш и состояние нельзя хранить в памяти процесса:

// Плохо - каждый worker имеет свой кеш
const cache = new Map();

// Хорошо - внешнее хранилище
import Redis from "ioredis";
const redis = new Redis();

2. Sticky sessions: Для WebSocket/Socket.io нужны sticky sessions, чтобы клиент всегда попадал на тот же worker:

module.exports = {
  apps: [{
    script: "./server.js",
    instances: "max",
    exec_mode: "cluster",
    wait_ready: true,
    listen_timeout: 10000
  }]
};

3. Порт: Все worker-ы слушают один и тот же порт. Не нужно настраивать разные порты.

4. Логирование: PM2 автоматически разделяет логи по worker-ам и поддерживает merge-режим.

Мониторинг

pm2 monit        # real-time мониторинг CPU/RAM
pm2 logs          # просмотр логов всех worker-ов
pm2 list          # статус всех процессов
pm2 describe api  # детальная информация

PM2 также предоставляет pm2.io - облачный мониторинг с алертами, метриками и удаленным управлением.