PM2 (Process Manager 2) 是一个功能丰富的、生产就绪的 Node.js 应用进程管理器，它专注于提供高可用性、简化部署和自动化运维。它通过监控应用状态、自动重启崩溃进程、实现零停机重新加载和内置负载均衡来确保 Node.js 应用的健壮运行。PM2 是部署 Node.js 应用到生产环境的推荐工具之一。

核心思想：PM2 将 Node.js 应用作为一个守护进程 (daemon) 托管，负责其生命周期管理。它能够自动处理应用崩溃、实现多核 CPU 利用 (集群模式)、简化日志管理和提供实时监控，从而保证应用服务的持续稳定运行。

一、为什么需要 PM2？

传统的 Node.js 应用启动方式通常是 node app.js。这种方式在生产环境中存在诸多问题：

  1. 单点故障 (Single Point of Failure)：如果应用进程因为未捕获的异常崩溃，整个服务将停止，用户无法访问。
  2. 资源利用不足：Node.js 默认是单线程模型，即使服务器有多个 CPU 核心，一个 node app.js 进程也只能利用其中一个核心，无法充分利用硬件资源来处理高并发请求。
  3. 零停机部署困难：当需要更新代码并重启服务时，传统方法会中断服务，导致用户体验受损。
  4. 日志管理不便：应用的标准输出和错误输出需要被收集、管理和持久化。
  5. 缺乏监控：无法方便地实时了解应用的 CPU、内存使用情况及其他性能指标。
  6. 进程管理复杂：手动维护多个应用进程的启动、停止、重启、状态检查非常繁琐。

PM2 旨在解决这些问题，提供一套全面的解决方案。

二、PM2 是什么？

PM2 是一个用 JavaScript 编写的开源进程管理器。它以守护进程的形式在后台运行，并负责：

  • 进程守护：当 Node.js 应用崩溃时，PM2 会自动重启它。
  • 集群管理：能够以集群模式启动多个应用实例，充分利用多核 CPU，实现负载均衡。
  • 零停机部署：支持平滑重启，在更新应用代码时，不会中断服务。
  • 日志管理：统一收集应用的标准输出和错误输出，支持日志分割。
  • 资源监控：提供实时的 CPU、内存使用率、请求数等监控数据。
  • 自动化：可以通过配置文件进行批量管理和自动化操作。

三、PM2 核心特性

3.1 自动重启 (Auto-Restart)

PM2 会监控你的应用进程，一旦它崩溃或非正常退出，PM2 会立即尝试重启它。这极大地提高了应用的健壮性和可用性。

  • --watch 模式：可以配置 PM2 监控文件变化，当代码文件发生改变时，自动重启应用，这在开发环境中非常有用。

3.2 零停机重新加载 (Zero Downtime Reload)

这是 PM2 最重要的生产特性之一。当你的应用代码更新后，使用 pm2 reload 命令可以实现平滑重启。其工作原理大致如下：

  1. PM2 会启动新的应用实例（带着新代码）。
  2. 等待新的实例成功启动并准备就绪。
  3. 然后逐步关闭旧的应用实例。

这样，在整个过程中，总会有至少一个应用实例在运行，确保服务不中断。

3.3 集群模式 (Cluster Mode)

利用 Node.js 内置的 cluster 模块，PM2 能够将你的应用以多进程的方式运行，每个进程监听同一个端口。PM2 会在这些进程之间自动进行负载均衡，将传入请求分发到不同的子进程处理。这使得你的 Node.js 应用能够充分利用服务器的多核 CPU 资源，显著提升吞吐量和并发处理能力。

  • pm2 start app.js -i max：根据 CPU 核心数启动最大数量的实例。
  • pm2 start app.js -i <number>：启动指定数量的实例。

3.4 日志管理 (Log Management)

PM2 能够统一管理所有由应用进程产生的日志（stdout 和 stderr）。

  • 可以指定日志文件路径。
  • 支持日志分割 (log rotation)，防止单个日志文件过大。
  • 支持时间格式化日志输出。

3.5 实时监控 (Real-time Monitoring)

通过 pm2 monit 命令，你可以获得一个实时的仪表盘，显示所有被管理应用的 CPU 使用率、内存占用、重启次数、每秒请求数等关键指标。

3.6 启动脚本生成 (Startup Script Generation)

PM2 可以生成启动脚本，确保在服务器重启后，你的应用能够自动启动并被 PM2 管理。

3.7 环境变量 (Environment Variables)

PM2 允许你为不同的应用实例或不同的环境设置特定的环境变量，这对于配置管理和多环境部署非常方便。

四、PM2 基本用法 (CLI)

4.1 安装 PM2

PM2 通常作为全局模块安装：

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npm install pm2 -g
# 或
yarn global add pm2

4.2 启动应用

最简单的启动方式：

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pm2 start app.js

启动并命名应用：

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pm2 start app.js --name my-app-name

以集群模式启动应用，实例数量为 CPU 核心数：

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pm2 start app.js -i max
# 或指定实例数量
pm2 start app.js -i 4

启动并监控文件变化 (开发环境常用)：

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pm2 start app.js --watch

4.3 查看应用状态

列出所有被 PM2 管理的应用：

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pm2 list
# 或 pm2 ls

查看某个应用的详细状态：

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pm2 describe <app-name|id>

4.4 监控应用

实时查看应用的 CPU、内存、日志等信息：

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pm2 monit

4.5 停止、重启、删除应用

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pm2 stop <app-name|id>     # 停止应用
pm2 restart <app-name|id>  # 重启应用
pm2 reload <app-name|id>   # 平滑重启应用 (零停机)
pm2 delete <app-name|id>   # 停止并从 PM2 列表中删除应用
pm2 stop all               # 停止所有应用
pm2 restart all            # 重启所有应用
pm2 reload all             # 平滑重启所有应用
pm2 delete all             # 删除所有应用

4.6 查看日志

查看应用的实时日志：

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pm2 logs [app-name|id]
pm2 logs --lines 100 # 查看最近100行
pm2 logs --raw       # 查看原始日志

清除所有日志文件：

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pm2 flush

4.7 配置开机自启

生成启动脚本，以便服务器重启后 PM2 自动启动：

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pm2 startup           # 根据操作系统生成启动命令，你需要复制并执行它
pm2 save              # 保存当前 PM2 进程列表，以便开机时恢复

五、PM2 配置文件 (Ecosystem File)

对于复杂的项目或管理多个应用，使用配置文件 (ecosystem.config.js 或 .json) 是最佳实践。它允许你声明式地定义所有应用及其配置。

5.1 生成配置文件

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pm2 init                 # 生成 ecosystem.config.js 模板文件

5.2 ecosystem.config.js 示例

这是一个典型的 ecosystem.config.js 文件结构：

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module.exports = {
  apps : [{
    name      : 'my-api',         // 应用名称
    script    : 'src/app.js',     // 应用入口文件
    instances : 'max',            // 启动实例数，'max' 会根据 CPU 核心数自动调整
    exec_mode : 'cluster',        // 执行模式：'fork' (单进程) 或 'cluster' (多进程)
    watch     : true,             // 开启文件监控，文件变化自动重启
    ignore_watch : ["node_modules", "logs", "uploads"], // 忽略监控的目录/文件
    env: {                        // 默认环境变量
      NODE_ENV: 'development',
      PORT: 3000
    },
    env_production : {            // 生产环境特有环境变量
      NODE_ENV: 'production',
      PORT: 80,
      DB_HOST: 'production-db.example.com'
    },
    env_staging : {               // 预发布环境特有环境变量
      NODE_ENV: 'staging',
      PORT: 8080,
      DB_HOST: 'staging-db.example.com'
    },
    error_file : 'logs/err.log',  // 错误日志文件
    out_file   : 'logs/out.log',  // 标准输出日志文件
    log_date_format : "YYYY-MM-DD HH:mm:ss", // 日志日期格式
    max_memory_restart : '200M',  // 当内存超过 200MB 时重启
    // min_uptime: '10s',           // 应用至少运行10秒才算稳定
    // max_restarts: 3,             // 最多重启3次
    // restart_delay: 1000,         // 重启延迟1秒
    // cron_restart: '0 0 * * *',   // 每天午夜重启
    // post_update: "npm install && pm2 reload all", // 部署后执行的命令
    // merge_logs: true,            // 合并所有实例的日志到一个文件
    // combine_logs: true,          // 同上，用于旧版本PM2
  }, {
    name   : "worker-queue",      // 另一个应用，例如一个队列处理器
    script : "src/worker.js",
    instances : 1,
    exec_mode : "fork",
    // 更多配置...
  }]
};

5.3 使用配置文件启动应用

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# 启动配置文件中定义的所有应用
pm2 start ecosystem.config.js

# 启动配置文件中指定环境的应用
pm2 start ecosystem.config.js --env production
pm2 start ecosystem.config.js --env staging

六、PM2 集群模式详解

在 Node.js 中，cluster 模块允许创建共享同一服务器端口的子进程。PM2 的集群模式正是基于此。

工作原理：

  1. 主进程 (Master Process)：PM2 充当主进程，负责管理和监控工作进程。
  2. 工作进程 (Worker Processes)：PM2 会根据配置（例如 -i max）启动多个 Node.js 实例，这些实例就是工作进程。它们共享同一个服务器端口，并由 PM2 主进程进行负载均衡。
  3. 请求分发：当一个 HTTP 请求到达服务器时，PM2 的主进程会将其分发给一个空闲的工作进程处理。
  4. 容错：如果某个工作进程崩溃，PM2 会检测到并自动重启一个新的工作进程，而不会影响其他正在运行的工作进程，从而实现高可用性。

优点：

  • 最大化 CPU 利用率：充分利用多核 CPU，提高应用吞吐量。
  • 高可用性：一个实例崩溃不会导致整个服务中断。
  • 内置负载均衡：无需额外的 Nginx 等反向代理层即可实现进程间的请求分发。

考虑点：

  • Session 管理：如果你的应用依赖于内存中的 Session，集群模式下需要考虑 Session 共享问题（例如使用 Redis 等外部存储）。否则，用户请求被分发到不同实例可能导致 Session 丢失。
  • 共享资源：确保所有实例都能正确访问数据库、文件系统等共享资源。

七、最佳实践

  1. 使用配置文件：始终使用 ecosystem.config.js 来管理应用配置，尤其是生产环境。
  2. 利用集群模式：对于 CPU 密集型或高并发应用，务必使用 -i max 或指定实例数的集群模式。
  3. 日志管理：配置 error_file 和 out_file，并考虑使用 log_rotate 等工具进行日志切割和归档。
  4. 配置开机自启：使用 pm2 startup 和 pm2 save 确保服务器重启后应用能自动恢复。
  5. 环境变量分离：使用 env、env_production 等字段管理不同环境的配置，不要将敏感信息硬编码到代码中。
  6. 零停机部署：更新代码后使用 pm2 reload <app-name> 进行平滑重启。
  7. 监控：定期使用 pm2 monit 检查应用状态，或结合 Prometheus/Grafana 等工具进行更深入的监控。
  8. Graceful Shutdown：在 Node.js 应用中，监听 SIGINT (Ctrl+C) 或 SIGTERM (PM2 reload/stop 发送) 信号，在进程退出前执行清理工作（如关闭数据库连接、保存未完成的任务），确保数据完整性。
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    // app.js 或其他入口文件
    process.on('SIGINT', () => {
      console.log('Received SIGINT. Closing server...');
      // 执行清理工作，例如：
      // server.close(() => {
      //   console.log('Server closed. Exiting process.');
      //   process.exit(0);
      // });
      // 如果没有 server.close，直接退出
      process.exit(0);
    });

八、总结

PM2 是 Node.js 生产部署中不可或缺的工具。它将复杂的进程管理、负载均衡、高可用性和监控功能封装起来，以简单直观的 CLI 命令和声明式配置文件呈现给开发者。无论是小型项目还是大型微服务架构，PM2 都能显著提升 Node.js 应用的稳定性和运行效率。掌握 PM2 的使用，是每个 Node.js 开发者进阶生产环境部署的关键技能。