Node.js アプリケーションのスケーリング: テクニック、ツール、ベスト プラクティス

Apabila aplikasi Node.js anda berkembang, permintaan untuk prestasi yang lebih baik dan kebolehskalaan meningkat. Node.js direka bentuk untuk mengendalikan aplikasi berskala besar dan intensif data, tetapi memahami cara menskalakannya dengan betul adalah penting untuk mengekalkan prestasi dan ketersediaan di bawah beban. Dalam artikel ini, kami akan membincangkan teknik dan alatan utama untuk menskalakan aplikasi Node.js dengan berkesan.

Mengapa Skalakan Aplikasi Node.js?

Penskalaan merujuk kepada keupayaan aplikasi untuk mengendalikan beban yang semakin meningkat—sama ada disebabkan oleh pangkalan pengguna yang semakin meningkat, lebih banyak data atau trafik yang lebih tinggi. Tanpa penskalaan, aplikasi mungkin menghadapi prestasi yang perlahan, masa henti dan ketidakcekapan sumber.

Dua Jenis Penskalaan

1. Penskalaan Menegak: Menambah lebih kuasa (CPU, RAM) pada pelayan tunggal. Walaupun ini meningkatkan kapasiti pelayan, ia mempunyai had fizikal.

2. Penskalaan Mendatar: Menambah lebih banyak pelayan untuk mengagihkan beban, yang biasanya dipanggil "penskalaan." Kaedah ini lebih fleksibel dan sering digunakan untuk sistem berskala besar.

Teknik Utama untuk Menskalakan Aplikasi Node.js

1. Pengimbangan Beban

Pengimbangan beban ialah amalan mengagihkan trafik masuk merentasi berbilang pelayan, memastikan tiada pelayan tunggal yang terharu. Ini amat penting dalam penskalaan mendatar, di mana berbilang contoh aplikasi Node.js sedang dijalankan.

Contoh: Menggunakan NGINX untuk Pengimbangan Beban

http {
    upstream node_servers {
        server 127.0.0.1:3000;
        server 127.0.0.1:3001;
        server 127.0.0.1:3002;
    }

    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://node_servers;
        }
    }
}

Penjelasan:

• Blok huluan mentakrifkan berbilang kejadian Node.js.
• Permintaan masuk diedarkan antara contoh, meningkatkan prestasi.

2. Pengelompokan

Node.js adalah satu-benang, tetapi modul Kluster membolehkan anda menggunakan berbilang teras CPU dengan mencipta proses anak yang berkongsi port pelayan yang sama.

Contoh: Menggunakan Modul Kluster

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

if (cluster.isMaster) {
    // Fork workers.
    for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
        cluster.fork();
    }

    cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
        console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`);
    });
} else {
    // Workers can share the same port
    http.createServer((req, res) => {
        res.writeHead(200);
        res.end('Hello World');
    }).listen(8000);
}

Penjelasan:

• Proses induk mencipta proses pekerja yang sama dengan bilangan teras CPU.
• Setiap pekerja mengendalikan permintaan masuk, mengagihkan beban dengan cekap.

3. Caching

Caching membantu meningkatkan masa tindak balas dan mengurangkan beban dengan menyimpan data yang kerap diminta dalam ingatan, dan bukannya mengambilnya semula daripada pangkalan data atau mengira semula hasilnya.

Contoh: Menggunakan Redis untuk Caching

const redis = require('redis');
const client = redis.createClient();

function cacheMiddleware(req, res, next) {
    const key = req.url;
    client.get(key, (err, data) => {
        if (err) throw err;
        if (data !== null) {
            res.send(data);
        } else {
            next();
        }
    });
}

app.get('/data', cacheMiddleware, (req, res) => {
    const data = getDataFromDatabase();
    client.setex(req.url, 3600, JSON.stringify(data));
    res.json(data);
});

Penjelasan:

• Perisian tengah menyemak Redis untuk data cache sebelum membuat panggilan pangkalan data.
• Jika data tidak dicache, ia meneruskan untuk mengambil data, menyimpannya dan menghantar respons.

4. Perkhidmatan Mikro Tanpa Negara

Dengan memecahkan aplikasi Node.js monolitik kepada perkhidmatan mikro tanpa negara, anda boleh menskalakan setiap perkhidmatan secara bebas. Ini memastikan bahawa penskalaan satu bahagian aplikasi (cth., pengesahan pengguna) tidak memberi kesan kepada bahagian lain (cth., pemprosesan pembayaran).

Contoh: Seni Bina Perkhidmatan Mikro

• Setiap perkhidmatan mikro (pengesahan, katalog produk, pengurusan pesanan) digunakan secara berasingan.
• API Gateway atau mesh perkhidmatan mengendalikan permintaan penghalaan ke perkhidmatan mikro yang betul.

5. Menggunakan Proksi Songsang

Pelayan proksi terbalik boleh mengendalikan pelbagai tugas seperti pengimbangan beban, penamatan SSL dan menyajikan kandungan statik, mengurangkan beban pada pelayan Node.js anda.

Contoh: Menyajikan Kandungan Statik dengan NGINX

server {
    listen 80;

    location / {
        proxy_pass http://localhost:3000;
    }

    location /static/ {
        root /var/www/html;
    }
}

Penjelasan:

• NGINX digunakan untuk memproksi permintaan dinamik kepada Node.js dan menyampaikan fail statik (CSS, JS, imej) terus daripada pelayan.

Alat untuk Menskalakan Aplikasi Node.js

1. PM2

PM2 ialah pengurus proses sedia pengeluaran untuk aplikasi Node.js yang menyokong pengelompokan, mula semula automatik, pengimbangan beban dan pemantauan proses.

Contoh: Menggunakan PM2 untuk Skalakan Aplikasi

# Start the application with cluster mode and 4 instances
pm2 start app.js -i 4

Penjelasan:

• PM2 mengurus berbilang contoh aplikasi, menyediakan pengimbangan beban automatik dan pemantauan proses.

2. Docker dan Kubernetes

Mengandungi aplikasi anda menggunakan Docker dan mengaturnya pada Kubernetes membolehkan anda menskalakan aplikasi Node.js anda dengan mudah merentas berbilang pelayan. Kubernetes mengendalikan orkestrasi, pengimbangan beban dan penskalaan secara automatik.

Contoh: Melabuhkan Aplikasi Node.js

# Dockerfile
FROM node:14
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
EXPOSE 3000
CMD ["node", "app.js"]

Best Practices for Scaling Node.js Applications

1. Monitor Performance: Use tools like New Relic, Datadog, or Prometheus to track performance metrics and identify bottlenecks.
2. Use Asynchronous Programming: Node.js performs best when tasks like I/O operations are handled asynchronously. Avoid blocking the event loop.
3. Optimize Database Queries: Use connection pooling, indexes, and caching to reduce database load.
4. Horizontal Scaling over Vertical Scaling: Horizontal scaling (adding more servers) offers more flexibility and fault tolerance than vertical scaling (increasing server resources).
5. Keep Services Stateless: Stateless services are easier to scale because they don't rely on the memory state between requests. Use external systems like Redis or databases for session management.

Conclusion

Scaling Node.js applications is essential for maintaining performance as your application grows. By leveraging techniques like load balancing, clustering, caching, and stateless microservices, along with tools like PM2, Docker, and Kubernetes, you can ensure that your Node.js application scales efficiently. Implementing these strategies will allow your application to handle increased traffic and larger datasets without compromising on speed or reliability.

以上がNode.js アプリケーションのスケーリング: テクニック、ツール、ベスト プラクティスの詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。