前言

JavaScript 主線程運行在單個進程的單個線程上。這樣做的好處是：

• 程序狀態(tài)是單一的，在沒有多線程的情況下沒有鎖、線程同步問題，
• 操作系統(tǒng)在調(diào)度時因為較少上下文的切換，可以很好地提高CPU的使用率。

但是單進程單線程并非完美的結(jié)構(gòu)，一旦線程中某段代碼發(fā)生異常阻塞，會阻塞代碼執(zhí)行而浪費資源。同時，如今CPU基本均是多核的，服務(wù)器往往還有多個CPU。

因此 Nodejs 不可避免的面臨兩個問題：如何充分利用多核CPU ****和 ****如何保證進程的健壯性和穩(wěn)定性 。 另外，由于 Nodejs 中所有處理都在單線程上進行，影響事件驅(qū)動服務(wù)模型性能的點在于CPU的計算能力，而不受多進程或多線程模式中資源上限的影響，可伸縮性遠(yuǎn)比前兩者高。如果解決掉多核CPU的利用問題，帶來的性能上提升是可觀的。

進程的創(chuàng)建和使用

多核利用率

面對單進程單線程對多核使用不足的問題，最簡單的方法是啟動多進程即可。理想狀態(tài)下每個進程各自利用一個CPU，以此實現(xiàn)多核CPU的利用。Nodejs 提供了 child_process模塊，并且也提供了child_process.fork() 方法幫助我們實現(xiàn)進程的復(fù)制。

你可以通過這個方法在本地啟動多個 HTTP 服務(wù)，首先編寫一段創(chuàng)建 http服務(wù)端 的代碼：

const http = require("http");
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200, {
    "Content-Type": "text/plain"
  });
  res.end("hello,world!");
});
// 隨機監(jiān)聽1000-1999的任意一個端口
server.listen(Math.floor((1 + Math.random()) * 1000));

然后創(chuàng)建一個主進程 master.js 來啟動和管理他們：

const fork = require("child_process").fork;
const cpus = require("os").cpus();
console.log(cpus.length);
for (let i = 0; i < cpus.length; i++) {
  fork('./server.js');
}

?? 在 Linux 系統(tǒng)中，你可以通過 ps aux | grep worker.js 來直接查看，在 Windows 中，你能通過 netstat -a 然后查看 1000-1999 端口的進程。

這樣的模式稱為 Master-Worker模式，又稱 主從模式。如圖，進程分為兩種：主進程和工作進程。這是典型的分布式架構(gòu)中用于并行處理業(yè)務(wù)的模式，具備較好的可伸縮性和穩(wěn)定性：

• 主進程不負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)處理，而是負(fù)責(zé)調(diào)度或管理工作進程，它是趨向于穩(wěn)定的。
• 工作進程負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)處理，趨于不穩(wěn)定。

?? fork() 能讓我們復(fù)制進程使每個CPU內(nèi)核都使用上，但是依然要切記 fork() 進程是昂貴的。因為Node通過事件驅(qū)動和異步IO的方式很大的緩解了并發(fā)問題，所以這里啟動多個進程只是為了充分將CPU資源利用起來，而不是為了解決并發(fā)問題。

創(chuàng)建子進程

child_process模塊 給予 Node 可以隨意創(chuàng)建子進程（child_process）的能力。它提供了4個方法用于創(chuàng)建子進程：

• spawn()：啟動一個子進程來執(zhí)行命令。
• exec()：啟動一個子進程來執(zhí)行命令。與spawn()不同的是其接口不同，它有一個回調(diào)函數(shù)獲知子進程的狀況。
• execFile()：啟動一個子進程來執(zhí)行可執(zhí)行文件。
• fork()：與 spawn() 類似，不同點在于它創(chuàng)建 Node 的子進程只需指定要執(zhí)行的 JavaScript 文件模塊即可。

const cp = require("child_process");
cp.spawn("node", ["./server.js"]);
cp.exec("node server.js", (err, stdout, stderr) => {
  // TODO
});
cp.execFile("server.js", (err, stdout, stderr) => {
  // TODO
});
cp.fork('./server.js');

?? execFile() 只能用于可以直接執(zhí)行的文件。在 Linux 中，你可以在文件開頭加入 #! /usr/bin/env node

進程間通信 IPC

在 Master-Worker模式 中，要實現(xiàn)主進程管理和調(diào)度工作進程的功能，需要主進程和工作進程之間的通信。子進程對象則由 send() 方法實現(xiàn)主進程向子進程發(fā)送數(shù)據(jù)，message事件 實現(xiàn)收聽子進程發(fā)來的數(shù)據(jù)：

// parent.js
const cp = require("child_process");
const n = cp.fork("./child.js");
n.on('message', (msg) => {
  console.log('parent got msg: ', msg);
});
n.send({
  s: 'hello, world',
});
// child.js
process.on('message', (msg) => {
  console.log('child got msg', msg);
});
process.send({
  b: 'bar',
});

?? HTML5提出了 WebWorker API 來創(chuàng)建工作線程，而主進程和工作進程之間通過 onmessage() 和 postMessage() 進行通信。具體參考MDN文檔。

通過 fork() 或者其他API，創(chuàng)建子進程之后，為了實現(xiàn)父子進程之間的通信，父進程與子進程之間將會創(chuàng)建IPC通道（Inter-Process Communication，即進程間通信） 。通過IPC通道，父子進程之間才能通過message和send()傳遞消息。

父進程在實際創(chuàng)建子進程之前，會創(chuàng)建IPC通道并監(jiān)聽它，然后才真正創(chuàng)建出子進程，并通過環(huán)境變量（NODE_CHANNEL_FD）告訴子進程這個IPC通道的文件描述符。子進程在啟動的過程中，根據(jù)文件描述符去連接這個已存在的IPC通道，從而完成父子進程之間的連接。

?? 只有啟動的子進程是Node進程時，子進程才會根據(jù)環(huán)境變量去連接IPC通道。對于其他類型的子進程則無法實現(xiàn)進程間通信，除非其他進程也按約定去連接這個已經(jīng)創(chuàng)建好的IPC通道

總結(jié)

今天我們討論了 Nodejs 在多核利用方法的問題，然后介紹了創(chuàng)建子進程、進程間通信與IPC通道的內(nèi)容。通過這些基礎(chǔ)技術(shù)，用 child_process模塊 在單機上搭建 Nodejs集群 是件相對容易的事情，讓 Nodejs 能夠在多核CPU的環(huán)境下充分利用計算資源。

以上就是詳解如何利用Nodejs構(gòu)建多進程應(yīng)用的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Nodejs構(gòu)建多進程應(yīng)用的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

最新評論