Що таке модуль cluster?

Node.jsJunior~3 хв читання

Що таке `cluster`

cluster - це вбудований модуль Node.js, який дозволяє запускати кілька копій одного й того самого застосунку (воркерів), розподіляючи вхідні запити між ними через один спільний порт.

Простіше кажучи:

cluster робить Node.js багатопроцесним - створює "чергу" воркерів, де кожен воркер - це окремий процес Node.js із власним event loop.

Навіщо потрібен `cluster`

За замовчуванням Node.js працює в одному потоці й використовує лише одне ядро процесора. Якщо в тебе сервер із 8 ядрами, то без кластеризації 7 з них будуть простоювати.

Рішення:

cluster дозволяє запустити кілька воркерів (за кількістю ядер CPU),
і розподіляти навантаження між ними автоматично.

1. Проста схема роботи

javascript

┌─────────────────────┐
│   Master Process    │  ← слухає порт (наприклад, 3000)
│     (головний)       │
└────────┬────────────┘
         │
 ┌───────┴────────┬────────┬────────┐
 │                │        │        │
 ▼                ▼        ▼        ▼
Worker 1      Worker 2  Worker 3  Worker 4
(порт 3000)   (порт 3000) ...

Усі воркери слухають один і той самий порт.
Node.js (через master) балансує запити між ними (Round Robin).
Кожен воркер - окремий процес, тому падіння одного не впливає на решту.

2. Приклад використання `cluster`

server.js

javascript

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

if (cluster.isPrimary) {
  // Головний процес
  const numCPUs = os.cpus().length;
  console.log(`Головний процес ${process.pid}. Запускаємо ${numCPUs} воркерів...`);

  // Створюємо воркерів за кількістю ядер
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  // Коли воркер вмирає - створюємо нового
  cluster.on('exit', (worker) => {
    console.log(`Воркер ${worker.process.pid} завершився. Перезапуск...`);
    cluster.fork();
  });

} else {
  // Воркери (обробляють запити)
  http.createServer((req, res) => {
    res.end(`Відповідь від воркера ${process.pid}\n`);
  }).listen(3000);

  console.log(`Воркер ${process.pid} запущено`);
}

Що відбувається:

Головний процес (isPrimary) створює воркерів за допомогою cluster.fork().
Кожен воркер - це новий процес Node.js.
Усі воркери слухають один і той самий порт (3000).
Запити автоматично розподіляються між ними.

3. Як відбувається балансування

Node.js сам реалізує Round-Robin Load Balancing:

Головний процес приймає з'єднання на основному порту.
Потім рівномірно розподіляє їх між воркерами.

Це означає:

тобі не потрібно налаштовувати Nginx чи зовнішній балансувальник, усе робиться "з коробки" на рівні Node.js.

4. Події модуля `cluster`

Подія	Де спрацьовує	Що робить
`fork`	master	Новий воркер створено
`online`	master	Воркер запущено
`listening`	master	Воркер слухає порт
`exit`	master	Воркер завершив роботу
`message`	master ↔ worker	Повідомлення між процесами

Приклад:

javascript

cluster.on('online', (worker) => console.log(`Воркер ${worker.process.pid} готовий`));

5. Обмін даними між master і worker

Ти можеш передавати дані між процесами (як у child_process):

master

javascript

worker.send({ msg: 'Привіт від майстра!' });

worker

javascript

process.on('message', (data) => {
  console.log('Отримано:', data);
  process.send({ reply: 'Привіт назад!' });
});

6. Відмінність `cluster` від `worker_threads`

Критерій	`cluster`	`worker_threads`
Одиниця виконання	Процес	Потік
Пам'ять	Окрема	Спільна (через SharedArrayBuffer)
Event Loop	Свій у кожного	Свій у кожного
Підходить для	Вебсерверів, API, масштабування	Обчислювальних задач
Обмін даними	Через IPC (JSON)	Через SharedArrayBuffer, Atomics
Перезапуск воркерів	Автоматично	Ручний контроль
Ізоляція помилок	Повна	Часткова

Іншими словами:

cluster - це мультипроцесна архітектура для навантаження по CPU.
worker_threads - багатопотокова модель для важких обчислень усередині одного процесу.

7. Приклад реального використання

Express-сервер із кластеризацією:

javascript

const cluster = require('cluster');
const os = require('os');
const express = require('express');

if (cluster.isPrimary) {
  const numCPUs = os.cpus().length;
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) cluster.fork();
} else {
  const app = express();
  app.get('/', (req, res) => res.send(`Handled by worker ${process.pid}`));
  app.listen(3000, () => console.log(`Worker ${process.pid} started`));
}

Тепер кожен воркер обробляє частину запитів → застосунок масштабується автоматично.

8. Переваги й недоліки

Переваги	Недоліки
Використовує всі CPU ядра	Кожен воркер - окремий процес (пам'ять ×N)
Проста настройка	Складніше налагоджувати
Висока стійкість	Немає спільної пам'яті (тільки через IPC)
Автоматичне відновлення	Балансування на рівні TCP (можливе обмеження при WebSocket)

Підсумок

Критерій	Опис
Призначення	Масштабування Node.js-застосунку по всіх ядрах CPU
Реалізація	Кілька процесів Node.js (воркерів)
Керується	Головним процесом (master)
Розподіл навантаження	Round Robin
Обмін даними	IPC (`worker.send`, `process.on('message')`)
Ідеально підходить для	Серверів, API, мікросервісів

Висновок:

Модуль cluster дозволяє Node.js використовувати всі ядра процесора, створюючи кілька незалежних процесів (воркерів), які спільно обробляють запити на одному порту.

Це - вбудований "з коробки" механізм масштабування й відмовостійкості для Node.js-серверів.

Коротка відповідь

Для співбесіди

Premium

Коротка відповідь допоможе вам впевнено відповідати на цю тему під час співбесіди.