PM2
一、认识
PM2 是一个功能强大的 Node.js 进程管理工具，可以实现 Node.js 服务的 守护进程、进程管理、负载均衡、日志管理 等。在实际应用中，PM2 主要用于：
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守护进程：
PM2确保Node服务在意外退出时自动重启，保证服务的稳定性和高可用性。 -
多进程管理：
PM2可以通过集群模式（Cluster Mode）启动多个进程，提高服务的并发能力，充分利用多核CPU。 -
进程管理：提供启动、重启、停止、删除进程的操作，并支持进程列表查询、资源使用监控。
-
日志管理：自动收集标准输出（
stdout）和错误输出（stderr）的日志，支持日志文件管理、分割。 -
部署与环境管理：支持配置文件（
ecosystem.config.js），可以通过环境变量来管理多个环境（如生产环境、开发环境）。
1.1 PM2 工作机制
PM2 的核心工作机制是基于 进程管理 和 守护进程 的实现，主要包括以下几个方面：
一、守护进程（Daemon Process）: PM2 通过启动一个独立的 守护进程（Daemon） 来管理所有的 应用进程。守护进程常驻后台，负责 监控、重启 和 管理 所有子进程。当执行 pm2 start app.js 命令时,PM2 会首先检查守护进程是否存在，如果不存在，则启动守护进程。PM2 CLI 将用户的启动指令通过 IPC 通信 发送给 守护进程。守护进程收到指令后，通过 child_process.fork 启动一个新的子进程运行 app.js。守护进程 与 用户应用进程 分离，保证应用进程异常退出后，守护进程可以检测到并自动重启。守护进程 会保存应用进程的状态到文件中（~/.pm2/dump.pm2），即使服务器重启也能恢复进程状态。
const { spawn } = require('child_process');
spawn('pm2 daemon', { detached: true });
二、PM2 的两种进程启动模式:
2.1 Fork 模式（单进程模式）: PM2 使用 child_process.fork 启动一个子进程
const { fork } = require('child_process');
const child = fork('app.js', { silent: true });
2.2 Cluster 模式（多进程模式）: 适合多核 CPU 的场景。PM2 支持 Cluster 模式，利用 Node.js 提供的 cluster 模块实现多进程并发。PM2 会启动一个 Master 进程，再 fork 出多个 Worker 子进程（基于 IPC 机制与 Master 通信），每个子进程都会运行同一个服务脚本（app.js）, 所有子进程共享同一个端口。主进程通过 Round-Robin（轮询）调度算法实现将请求分发到不同的子进程中，实现负载均衡。利用多核 CPU，提高服务的性能和并发能力。通过 IPC 机制 在 Master 和 Worker 之间传递消息。
const cluster = require('cluster');
const os = require('os');
const numCPUs = os.cpus().length;
if (cluster.isMaster) {
for (let i = 0; i < numCPUs; i++) cluster.fork();
} else {
require('./app'); // 启动服务
}
三、自动故障恢复与重启机制: PM2 内置故障检测机制，当应用进程崩溃或退出时，守护进程会自动重启它。确保服务持续运行，减少人工干预。可以通过 --max-memory-restart 限制进程内存使用，超过阈值后自动重启，防止内存泄漏。具体实现为: 守护进程监听子进程的退出事件, 实现如下
const { fork } = require('child_process');
const child = fork('app.js');
child.on('exit', () => {
console.log('Child process exited, restarting...');
fork('app.js'); // 自动重启
});
四、日志管理与监控: PM2 自动捕获应用的标准输出（stdout）和错误输出（stderr），并将日志保存在文件中。PM2 提供 pm2 monit 命令监控 CPU、内存等资源使用情况。与外部监控工具集成（如 PM2 Plus 和 Prometheus），实现自定义监控和告警。
五、文件监听与热重载: PM2 支持 文件变更监听，在代码变更后自动重启服务，提升开发效率。具体实现为: 使用 chokidar 库监听文件变动，当检测到变更时，重启进程
const chokidar = require('chokidar');
chokidar.watch('./').on('change', () => {
process.exit(0); // 触发重启
});
六、PM2 的设计思想: 主要围绕 高可用性 和 易维护性
6.1 守护进程设计：通过守护进程保证服务稳定运行，实现自动恢复。
6.2 多进程架构：通过 Fork 和 Cluster 模式充分利用多核 CPU。
6.3 进程间通信（IPC）：解耦 CLI 与守护进程，便于管理。
6.3.1 child_process IPC 通信: Node.js 提供了 child_process 模块来创建子进程，并允许父进程和子进程进行消息传递。这是 Node.js 中最常见的 IPC 机制:父进程使用 fork() 创建了一个子进程，并通过 send() 向子进程发送一个消息。子进程接收到消息后，通过 process.on('message') 监听消息，并在处理完消息后通过 process.send() 向父进程发送回复。父进程通过 on('message') 监听子进程返回的消息。
父进程代码
const { fork } = require('child_process');
// 创建子进程，执行子进程脚本
const child = fork('child.js');
// 监听子进程发送的消息
child.on('message', (msg) => {
console.log('父进程接收到消息:', msg);
});
// 向子进程发送消息
child.send({ from: '父进程', data: 'Hello, 子进程!' });
子进程代码
// 监听父进程发送的消息
process.on('message', (msg) => {
console.log('子进程接收到消息:', msg);
// 向父进程发送回复消息
process.send({ from: '子进程', data: 'Hello, 父进程!' });
});
6.3.2 spawn() IPC 通信机制: spawn() 方法用于创建子进程，它不会直接通过 IPC 发送消息，而是通过 标准输入（stdin）、标准输出（stdout） 和 标准错误输出（stderr） 进行数据交换。通常用于启动和控制外部进程。父进程通过 spawn() 启动一个 Node.js 子进程，并通过标准输入（stdin.write()）发送数据。子进程接收到输入后，打印并将结果通过标准输出（stdout.write()）发送回父进程。父进程监听标准输出，接收来自子进程的返回数据。
父进程代码
const { spawn } = require('child_process');
// 启动子进程
const child = spawn('node', ['child.js']);
// 向子进程写入数据
child.stdin.write('Hello from parent!\n');
// 从子进程读取输出
child.stdout.on('data', (data) => {
console.log(`从子进程接收到的数据: ${data}`);
});
子进程代码
process.stdin.on('data', (data) => {
console.log(`子进程接收到数据: ${data}`);
process.stdout.write('Hello from child!\n');
});
6.3.3 cluster IPC 多进程通信机制: cluster 模块使得 Node.js 可以利用多核 CPU，进行多进程处理。每个工作进程都可以通过 IPC 通道与主进程通信。在 cluster 模块中，主进程通过 fork() 创建工作进程，每个工作进程都会通过 process.send() 向主进程发送消息。进程通过 cluster.on('message') 监听来自工作进程的消息。
父进程代码
const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
if (cluster.isMaster) {
// 主进程创建工作进程
cluster.fork();
// 监听工作进程发送的消息
cluster.on('message', (worker, message) => {
console.log('主进程接收到消息:', message);
});
} else {
// 工作进程发送消息给主进程
process.send({ msg: 'Hello from worker!' });
// 模拟工作进程的 HTTP 服务器
http.createServer((req, res) => {
res.writeHead(200);
res.end('Hello, World!');
}).listen(8000);
}
6.4 Round-Robin（轮询）调度算法: 在 Cluster 模式下, 主进程通过 Round-Robin（轮询）调度算法实现将请求分发到不同的子进程中，实现负载均衡。Round-Robin 调度算法 是一种 公平分配任务 的调度方法，它按照顺序（轮询）将任务分配给可用资源，确保每个资源接收到的任务数量大致相等，不会出现资源长期空闲或过载的情况， 每个资源按顺序被依次调度，不偏向任何一方， 适用于任务轻量、处理时间较短、资源处理能力相对均衡的场景。Round-Robin 调度算法 的核心原理为: 维护一个资源列表（例如服务器、任务队列等），并从头到尾顺序分配任务。当资源分配到最后一个时，调度器会回到列表的第一个资源，继续分配任务。调度器通常需要维护一个索引（或指针），记录上一次分配到哪个资源，下次调度时从下一个资源开始。简单来说: 定义一个资源列表,使用一个指针记录当前调度到哪个资源，每次分配任务时，更新指针，循环访问资源列表。
class RoundRobinScheduler {
constructor(servers) {
this.servers = servers; // 资源列表，如服务器
this.currentIndex = -1; // 当前分配的索引位置
}
// 获取下一个资源
getNextServer() {
// 更新索引，轮询选择下一个服务器
this.currentIndex = (this.currentIndex + 1) % this.servers.length;
return this.servers[this.currentIndex];
}
// 分配任务
assignTasks(tasks) {
tasks.forEach((task, index) => {
const server = this.getNextServer(); // 获取下一个服务器
console.log(`任务 ${index + 1} 分配给服务器: ${server}`);
});
}
}
// 示例使用
const servers = ['Server-A', 'Server-B', 'Server-C']; // 服务器列表
const tasks = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]; // 待分配的任务
const scheduler = new RoundRobinScheduler(servers);
scheduler.assignTasks(tasks);
// 输出结果:
任务 1 分配给服务器: Server-A
任务 2 分配给服务器: Server-B
任务 3 分配给服务器: Server-C
任务 4 分配给服务器: Server-A
任务 5 分配给服务器: Server-B
任务 6 分配给服务器: Server-C
任务 7 分配给服务器: Server-A
Round-Robin 调度算法 算法逻辑清晰，代码量少。每个资源都会得到相同的任务分配机会。不需要复杂的数据结构，适合轻量级场景。但是, 如果不同资源的处理能力差异较大，Round-Robin 可能导致高负载的资源处理不过来，而低负载的资源处于空闲状态。如果任务的大小或耗时不均匀，轮询分配可能导致任务处理效率低。当资源数量动态变化时（如新增或移除服务器），需要重新初始化资源列表，影响性能。
在实际应用中，Round-Robin 非常适合资源能力相当、任务轻量的场景。如果任务或资源存在差异，可以引入 权重轮询（Weighted Round-Robin） 或其他更复杂的调度算法。
1.2 如何使用 PM2 部署 Node 服务？
使用配置文件（ecosystem.config.js）部署 Node 服务: PM2 支持 pm2 start 入口文件 快速启动服务。 PM2 也支持支持通过配置文件来管理服务，方便处理更复杂的场景，比如多个服务、不同环境配置。通过配置 ecosystem.config.js ， 比如： script 入口、instances 多进程模式，max 表示根据 CPU 核心数自动配置。exec_mode: fork（默认）单进程，cluster 多进程模式。max_memory_restart 超过内存阈值时自动重启，防止内存泄漏。watch 启用文件监听，文件变更时自动重启服务。在生产环境中，为了保证服务随系统启动，PM2 提供了 开机自启动 的功能。
1.3 为什么使用 PM2 部署 Node 服务?
使用 PM2 部署 Node 服务主要是因为 PM2 能够解决以下关键问题，提升服务的 高可用性、稳定性 和 性能，同时降低运维的复杂性。
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进程守护与自动重启:
Node.js的单线程特性意味着，如果服务崩溃或者异常退出，进程就会终止，服务中断。PM2提供了进程守护功能，自动监控和管理服务进程。Node.js服务意外崩溃时，PM2能自动重启进程，避免服务中断，减少人工介入。同时PM2能够实时监控服务的运行状态，并记录日志，便于后续问题排查。 -
多进程支持与集群模式（
Cluster Mode）:Node.js是单线程运行的，单个实例无法充分利用多核CPU资源。PM2通过Cluster Mode，利用Node.js的cluster模块，启动多个进程，实现多核CPU负载均衡，提高并发处理能力。PM2使用 轮询（Round-Robin）算法 将请求均匀分发给不同的进程。 -
资源管理与故障恢复:
PM2提供资源管理功能，可以限制单个进程的内存和CPU使用量，防止资源耗尽。避免内存泄漏导致服务器崩溃。在故障发生时自动恢复服务，提升服务稳定性。 -
文件变更监听与热重启:
PM2提供 文件变更监听 功能，可以在代码发生变更时自动重启服务，避免手动重启带来的麻烦。 -
服务日志管理:
PM2提供了完善的日志管理功能，自动记录进程的输出、错误信息和资源使用情况。记录服务运行日志，便于快速排查故障。统一管理日志，方便运维和监控。
1.4 Kubernetes 部署 Node Vs PM2 部署 Node
PM2 是一个流行的进程管理工具，专门用于管理 Node.js 应用程序。虽然 PM2 对于 Node.js 应用的部署与管理非常有效，但相比于 Kubernetes，PM2 更适用于单机环境或者较小的服务集群。以下是二者的主要区别和优势对比：
PM2：PM2 主要用于单节点的进程管理，虽然支持多进程模式（通过 pm2 scale 命令），但其本质上是管理本地机器上的 Node.js 进程，不能自动扩展到多个机器，也无法进行跨节点的服务管理。
Kubernetes：Kubernetes 是一个分布式系统平台，能够管理跨多个节点的服务部署、扩展和管理。通过 Pods、Deployments 和 ReplicaSets，可以轻松实现自动扩容、滚动更新、负载均衡等功能，适用于大规模分布式应用。
如果你的应用规模较小，PM2 是一个简单有效的进程管理工具，而如果你面临的是大规模、分布式的 Node 服务部署，Kubernetes 提供的自动化管理、高可用性、资源管理和扩展性优势将显得更加突出。
二、构建服务
三、部署服务
使用配置文件（ecosystem.config.js）部署 Node 服务: PM2 支持 pm2 start 入口文件 快速启动服务。 PM2 也支持支持通过配置文件来管理服务，方便处理更复杂的场景，比如多个服务、不同环境配置。
3.1 创建配置文件
在项目根目录下创建 ecosystem.config.js 文件：
3.2 编写配置文件
ecosystem.config.js 配置示例：
module.exports = {
apps: [
{
name: "my-node-service", // 应用名称
script: "app.js", // 启动脚本路径
instances: "max", // 启动实例数 (max 表示根据 CPU 核心数启动)
exec_mode: "cluster", // 启用集群模式 (多进程)
watch: true, // 开启文件变更监听，自动重启服务
max_memory_restart: "300M", // 内存超过 300M 自动重启
env: { // 默认环境变量
NODE_ENV: "development",
PORT: 3000
},
env_production: { // 生产环境变量
NODE_ENV: "production",
PORT: 8000
}
}
]
};
-
instances: 多进程模式，max表示根据CPU核心数自动配置。 -
exec_mode:fork（默认）单进程，cluster多进程模式。 -
watch: 启用文件监听，文件变更时自动重启服务。 -
max_memory_restart: 超过内存阈值时自动重启，防止内存泄漏。 -
env / env_production: 环境变量设置。
3.3 操作 Node 服务
启动服务:
pm2 start ecosystem.config.js --env production
重启服务
pm2 restart ecosystem.config.js
停止服务
pm2 stop ecosystem.config.js
删除服务
pm2 delete app.js
查看进程表
pm2 list
监控进程资源
pm2 monit
日志查看
pm2 logs
在生产环境中，为了保证服务随系统启动，PM2 提供了 开机自启动 的功能。
# 1. 生成开机启动脚本
pm2 startup
# 2. 根据输出的命令执行，例如在 Linux 系统中
sudo env PATH=$PATH:/usr/bin pm2 startup systemd -u your-user --hp /home/your-user
# 3. 保存当前服务列表: pm2 save 会将当前 PM2 管理的进程列表保存到磁盘，重启后自动恢复。
pm2 save