Node.js中的進程與線程
作者：mario
Node特點主線程是單線程的 一個進程只開一個主線程,基于事件驅動的、異步非阻塞I/O，可以應用于高并發場景。
1. 回顧進程和線程的定義
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進程（Process）是計算機中的程序關于某數據集合上的一次運行活動，是系統進行資源分配和調度的基本單位。
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線程（Thread）是操作系統能夠進行運算調度的最小單位。它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。
2. Node.js的單線程
Node特點主線程是單線程的 一個進程只開一個主線程,基于事件驅動的、異步非阻塞I/O，可以應用于高并發場景。
Nodejs中沒有多線程，為了充分利用多核cpu,可以使用子進程實現內核的負載均衡，那我們就要解決以下問題：
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Node.js 做耗時的計算時候阻塞問題。
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Node.js如何開啟多進程。
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開發過程中如何實現進程守護。
3. 場景實例
- const http = require('http'); http.createServer((req,res)=>{ if(req.url === '/sum'){ // 求和 let sum = 0; for(let i = 0 ; i < 10000000000 ;i++){ sum+=i; } res.end(sum+'') }else{ res.end('end'); } }).listen(3000); // 這里我們先訪問/sum，在新建一個瀏覽器頁卡訪問/ // 會發現要等待/sum路徑處理后才能處理/路徑
4. 開啟進程
Node.js 進程創建，是通過child_process模塊實現的：
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child_process.spawn(） 異步生成子進程。
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child_process.fork() 產生一個新的Node.js進程，并使用建立的IPC通信通道調用指定的模塊，該通道允許在父級和子級之間發送消息。
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child_process.exec() 產生一個shell并在該shell中運行命令。
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child_process.execFile() 無需產生shell。
4.1. spawn
spawn 產卵，可以通過此方法創建一個子進程：
- let { spawn } = require("child_process"); let path = require("path"); // 通過node命令執行sub_process.js文件 let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], { cwd: path.resolve(__dirname, "test"), // 找文件的目錄是test目錄下 stdio: [0, 1, 2] }); // 監控錯誤 childProcess.on("error", function(err) { console.log(err); }); // 監聽關閉事件 childProcess.on("close", function() { console.log("close"); }); // 監聽退出事件 childProcess.on("exit", function() { console.log("exit"); });
- stido 這個屬性非常有特色，這里我們給了0，1，2這三個值分別對應住進程的 process.stdin ， process.stdout 和 process.stderr 這代表著主進程和子進程共享標準輸入和輸出：
- let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], { cwd: path.resolve(__dirname, "test"), // 找文件的目錄是test目錄下 stdio: [0, 1, 2] });
可以在當前進程下打印 sub_process.js 執行結果默認在不提供stdio參數時為 stdio:['pipe'] ，也就是只能通過流的方式實現進程之間的通信：
- let { spawn } = require("child_process"); let path = require("path"); // 通過node命令執行sub_process.js文件 let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], { cwd: path.resolve(__dirname, "test"), stdio:['pipe'] // 通過流的方式 }); // 子進程讀取寫入的數據 childProcess.stdout.on('data',function(data){ console.log(data); }); // 子進程像標準輸出中寫入 process.stdout.write('hello');
使用 ipc 方式通信，設置值為 stdio:['pipe','pipe','pipe','ipc'] 可以通過 on('message') 和 send 方式進行通信：
- let { spawn } = require("child_process"); let path = require("path"); // 通過node命令執行sub_process.js文件 let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], { cwd: path.resolve(__dirname, "test"), stdio:['pipe','pipe','pipe','ipc'] // 通過流的方式 }); // 監聽消息 childProcess.on('message',function(data){ console.log(data); }); // 發送消息 process.send('hello');
還可以傳入 ignore 進行忽略，傳入 inherit 表示默認共享父進程的標準輸入和輸出。
產生獨立進程:
- let { spawn } = require("child_process"); let path = require("path"); // 通過node命令執行sub_process.js文件 let child = spawn('node',['sub_process.js'],{ cwd:path.resolve(__dirname,'test'), stdio: 'ignore', detached:true // 獨立的線程 }); child.unref(); // 放棄控制
4.2. fork
衍生新的進程,默認就可以通過 ipc 方式進行通信：
- let { fork } = require("child_process"); let path = require("path"); // 通過node命令執行sub_process.js文件 let childProcess = fork('sub_process.js', { cwd: path.resolve(__dirname, "test"), }); childProcess.on('message',function(data){ console.log(data); });
fork 是基于 spawn 的，可以多傳入一個 silent 屬性來設置是否共享輸入和輸出。
fork原理：
- function fork(filename,options){ let stdio = ['inherit','inherit','inherit'] if(options.silent){ // 如果是安靜的 就忽略子進程的輸入和輸出 stdio = ['ignore','ignore','ignore'] } stdio.push('ipc'); // 默認支持ipc的方式 options.stdio = stdio return spawn('node',[filename],options) }
到了這里我們就可以解決“3.場景實例”中的場景實例了：
- const http = require('http'); const {fork} = require('child_process'); const path = require('path'); http.createServer((req,res)=>{ if(req.url === '/sum'){ let childProcess = fork('calc.js',{ cwd:path.resolve(__dirname,'test') }); childProcess.on('message',function(data){ res.end(data+''); }) }else{ res.end('ok'); } }).listen(3000);
4.3. execFile
通過 node 指令，直接執行某個文件：
- let childProcess = execFile("node",['./test/sub_process'],function(err,stdout,stdin){ console.log(stdout); });
內部調用的是 spawn 方法。
4.4. exec
- let childProcess = exec("node './test/sub_process'",function(err,stdout,stdin){ console.log(stdout) });
內部調用的是 execFile ，其實以上三個方法都是基于 spawn 的。
5. cluster
Node.js的單個實例在單個線程中運行。為了利用多核系統，用戶有時會希望啟動Node.js進程集群來處理負載。 自己通過進程來實現集群。
子進程與父進程共享HTTP服務器 fork實現：
- let http = require('http'); let { fork } = require('child_process'); let fs = require('fs'); let net = require('net'); let path = require('path'); let child = fork(path.join(__dirname, '8.child.js')); let server = net.createServer(); server.listen(8080, '127.0.0.1', function () { child.send('server', server); console.log('父進程中的服務器已經創建'); let httpServer = http.createServer(); httpServer.on('request', function (req, res) { if (req.url != '/favicon.ico') { let sum = 0; for (let i = 0; i < 100000; i++) { sum += 1; } res.write('客戶端請求在父進程中被處理。'); res.end('sum=' + sum); } }); httpServer.listen(server); });
- let http = require('http'); process.on('message', function (msg, server) { if (msg == 'server') { console.log('子進程中的服務器已經被創建'); let httpServer = http.createServer(); httpServer.on('request', function (req, res) { if (req.url != '/favicon.ico') { sum = 0; for (let i = 0; i < 10000; i++) { sum += i; } res.write('客戶端請求在子進程中被處理'); res.end('sum=' + sum); } }); httpServer.listen(server); } });
進程與父進程共享socket對象：
- let { fork } = require('child_process'); let path = require('path'); let child = fork(path.join(__dirname, '11.socket.js')); let server = require('net').createServer(); server.on('connection', function (socket) { if (Date.now() % 2 == 0) { child.send('socket', socket); } else { socket.end('客戶端請求被父進程處理!'); } }); server.listen(41234, );
- process.on('message', function (m, socket) { if (m === 'socket') { socket.end('客戶端請求被子進程處理.'); } });
使用cluster模塊更加方便：
- let cluster = require("cluster"); let http = require("http"); let cpus = require("os").cpus().
責任編輯：張燕妮
來源：
騰訊IMWeb前端團隊
