Node.js Prozess Exit Strategien: Signale, Fehler, und Ordnungsgemäße Herunterfahrten

Hintergrund Einführung

Nachdem unser Dienst bereitgestellt wurde, ist es unvermeidlich, dass er von der Laufzeitumgebung (wie Containern, PM2 usw.) geplant wird, Service-Upgrades durchläuft, die Neustarts verursachen, oder verschiedene Ausnahmen auftreten, die zu Prozessabstürzen führen. Im Allgemeinen verfügen Laufzeitumgebungen über Gesundheitsüberwachungsmechanismen für Serviceprozesse. Wenn ein Prozess abstürzt, startet die Laufzeit ihn neu. Während Upgrades werden in der Regel Rolling-Upgrade-Strategien verwendet. Die Planungsstrategien von Laufzeitumgebungen behandeln unsere Serviceprozesse jedoch als Black Boxes, ohne ihren internen Zustand zu berücksichtigen. Daher muss unser Serviceprozess proaktiv Planungsaktionen aus der Laufzeitumgebung erkennen und vor dem Beenden notwendige Bereinigungsaktionen durchführen.

Heute werden wir verschiedene Szenarien zusammenfassen, die zum Beenden eines Node.js-Prozesses führen können, und besprechen, was wir tun können, indem wir auf diese Prozessbeendigungsereignisse hören.

Prinzipien

Ein Prozess wird auf eine von zwei Arten beendet:

1. Der Prozess wird freiwillig beendet.
2. Der Prozess empfängt ein Systemsignal, das ihn anweist, sich zu beenden.

Beenden über System Signale

Die offizielle Node.js-Dokumentation listet gängige System Signale auf. Wir konzentrieren uns auf die folgenden:

• SIGHUP: Wird ausgelöst, wenn das Terminal direkt geschlossen wird, anstatt Ctrl + C zu verwenden, um den Prozess zu stoppen.
• SIGINT: Wird ausgelöst, wenn Ctrl + C gedrückt wird, um den Prozess zu stoppen. PM2 sendet dieses Signal auch an Kindprozesse, wenn er sie neu startet oder stoppt.
• SIGTERM: Wird typischerweise verwendet, um einen Prozess ordnungsgemäß zu beenden. Wenn Kubernetes beispielsweise einen Pod löscht, sendet er ein SIGTERM-Signal, damit der Pod innerhalb eines Zeitlimits (Standard: 30 Sekunden) Bereinigungsaktionen durchführen kann.
• SIGBREAK: Wird auf Windows-Systemen ausgelöst, wenn Ctrl + Break gedrückt wird.
• SIGKILL: Erzwingt das sofortige Beenden des Prozesses und verhindert jegliche Bereinigungsaktionen. Wenn kill -9 pid ausgeführt wird, empfängt der Prozess dieses Signal. Wenn ein Pod in Kubernetes nicht innerhalb des 30-Sekunden-Timeouts beendet wird, sendet Kubernetes ein SIGKILL-Signal, um ihn sofort zu beenden. In ähnlicher Weise sendet PM2 SIGKILL, wenn ein Prozess während des Neustarts oder der Beendigung nicht innerhalb von 1,6 Sekunden beendet wird.

Für nicht-erzwungene Beendigungssignale kann ein Node.js-Prozess auf diese Signale hören und benutzerdefinierte Beendigungsverhalten definieren. Wenn wir beispielsweise ein CLI-Tool haben, das lange zum Ausführen von Aufgaben benötigt, können wir den Benutzer vor dem Beenden auffordern, wenn Ctrl + C gedrückt wird:

const readline = require('readline');

process.on('SIGINT', () => {
  // Simple command-line interaction using readline
  const rl = readline.createInterface({
    input: process.stdin,
    output: process.stdout,
  });

  rl.question('Die Aufgabe ist noch nicht abgeschlossen. Möchten Sie den Vorgang wirklich beenden? ', (answer) => {
    if (answer === 'yes') {
      console.log('Aufgabe unterbrochen. Prozess wird beendet.');
      process.exit(0);
    } else {
      console.log('Aufgabe wird fortgesetzt...');
    }
    rl.close();
  });
});

// Simulieren Sie eine Aufgabe, die eine Minute zum Abschließen benötigt
const longTimeTask = () => {
  console.log('Aufgabe gestartet...');
  setTimeout(() => {
    console.log('Aufgabe abgeschlossen.');
  }, 1000 * 60);
};

longTimeTask();

Dieses Skript zeigt jedes Mal eine Eingabeaufforderung an, wenn Ctrl + C gedrückt wird:

Die Aufgabe ist noch nicht abgeschlossen. Möchten Sie den Vorgang wirklich beenden? no
Aufgabe wird fortgesetzt...

Die Aufgabe ist noch nicht abgeschlossen. Möchten Sie den Vorgang wirklich beenden? no
Aufgabe wird fortgesetzt...

Die Aufgabe ist noch nicht abgeschlossen. Möchten Sie den Vorgang wirklich beenden? yes
Aufgabe unterbrochen. Prozess wird beendet.

Freiwilliger Prozessausstieg

Ein Node.js-Prozess kann sich aufgrund der folgenden Szenarien freiwillig beenden:

• Während der Ausführung tritt ein nicht abgefangener Fehler auf (kann mit process.on('uncaughtException') abgefangen werden).
• Es tritt eine nicht behandelte Promise-Ablehnung auf (ab Node.js v16 führen nicht behandelte Ablehnungen zum Beenden des Prozesses; verwenden Sie process.on('unhandledRejection'), um sie zu behandeln).
• Ein error-Ereignis wird von einem EventEmitter ausgegeben, wird aber nicht behandelt.
• Der Prozess ruft explizit process.exit() auf.
• Die Node.js-Ereignisschleife ist leer (d. h. es gibt keine ausstehenden Aufgaben), was mit process.on('exit') erkannt werden kann.

PM2 verfügt über einen Daemon-Prozess, der den Dienst neu startet, wenn er abstürzt. Wir können einen ähnlichen Selbstheilungsmechanismus in Node.js mithilfe des Cluster-Moduls implementieren, bei dem Worker-Prozesse automatisch neu gestartet werden, wenn sie abstürzen:

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

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`Master-Prozess gestartet: ${process.pid}`);

  // Erstellen Sie Worker-Prozesse basierend auf der Anzahl der CPU-Kerne
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  // Auf Worker-Exit-Ereignisse hören
  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`Worker ${worker.process.pid} wurde mit Code: ${code || signal} beendet. Neustart...`);
    cluster.fork();
  });
}

if (cluster.isWorker) {
  process.on('uncaughtException', (error) => {
    console.log(`Worker ${process.pid} hat einen Fehler festgestellt`, error);
    process.emit('disconnect');
    process.exit(1);
  });

  // Erstellen Sie einen HTTP-Server
  http
    .createServer((req, res) => {
      res.writeHead(200);
      res.end('Hallo Welt\n');
    })
    .listen(8000);

  console.log(`Worker-Prozess gestartet: ${process.pid}`);
}

Praktische Umsetzung

Nachdem wir nun verschiedene Szenarien analysiert haben, in denen ein Node.js-Prozess beendet werden kann, implementieren wir einen Prozess-Exit-Listener, mit dem Benutzer benutzerdefinierte Exit-Verhaltensweisen definieren können.

// exit-hook.js
const tasks = [];

const addExitTask = (fn) => tasks.push(fn);

const handleExit = (code, error) => {
  // Implementierungsdetails werden unten erläutert
};

process.on('exit', (code) => handleExit(code));
process.on('SIGHUP', () => handleExit(128 + 1));
process.on('SIGINT', () => handleExit(128 + 2));
process.on('SIGTERM', () => handleExit(128 + 15));
process.on('SIGBREAK', () => handleExit(128 + 21));
process.on('uncaughtException', (error) => handleExit(1, error));
process.on('unhandledRejection', (error) => handleExit(1, error));

Für handleExit stellen wir sicher, dass sowohl synchrone als auch asynchrone Aufgaben mithilfe von process.nextTick() ordnungsgemäß behandelt werden:

let isExiting = false;

const handleExit = (code, error) => {
  if (isExiting) return;
  isExiting = true;

  let hasDoExit = false;
  const doExit = () => {
    if (hasDoExit) return;
    hasDoExit = true;
    process.nextTick(() => process.exit(code));
  };

  let asyncTaskCount = 0;
  let asyncTaskCallback = () => {
    process.nextTick(() => {
      asyncTaskCount--;
      if (asyncTaskCount === 0) doExit();
    });
  };

  tasks.forEach((taskFn) => {
    if (taskFn.length > 1) {
      asyncTaskCount++;
      taskFn(error, asyncTaskCallback);
    } else {
      taskFn(error);
    }
  });

  if (asyncTaskCount > 0) {
    setTimeout(() => doExit(), 10 * 1000);
  } else {
    doExit();
  }
};

Ordungsgemäßes Beenden des Prozesses

Beim Neustart eines Webservers oder bei der Behandlung der Laufzeitcontainerplanung (PM2, Docker usw.) möchten wir:

• Laufende Anfragen abschließen.
• Datenbankverbindungen bereinigen.
• Fehler protokollieren und Warnungen auslösen.
• Andere notwendige Herunterfahrvorgänge durchführen.

Verwenden des Exit-Hook-Tools:

const http = require('http');

const server = http
  .createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Hallo Welt\n');
  })
  .listen(8000);

addExitTask((error, callback) => {
  console.log('Prozess wird aufgrund eines Fehlers beendet:', error);
  server.close(() => {
    console.log('Annahme neuer Anfragen wurde gestoppt.');
    setTimeout(callback, 5000);
  });
});

Fazit

Indem wir die verschiedenen Szenarien verstehen, die zum Beenden von Node.js-Prozessen führen, können wir abnormale oder geplante Beendigungen proaktiv erkennen und behandeln. Während Tools wie Kubernetes und PM2 abgestürzte Prozesse neu starten können, können wir durch die Implementierung der Überwachung im Code Probleme früher erkennen und beheben.

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