前言

JavaScript 主線程運(yùn)行在單個(gè)進(jìn)程的單個(gè)線程上。這樣做的好處是：

• 程序狀態(tài)是單一的，在沒(méi)有多線程的情況下沒(méi)有鎖、線程同步問(wèn)題，
• 操作系統(tǒng)在調(diào)度時(shí)因?yàn)檩^少上下文的切換，可以很好地提高CPU的使用率。

但是單進(jìn)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(huì)阻塞代碼執(zhí)行而浪費(fèi)資源。同時(shí)，如今CPU基本均是多核的，服務(wù)器往往還有多個(gè)CPU。

因此 Nodejs 不可避免的面臨兩個(gè)問(wèn)題：如何充分利用多核CPU ****和 ****如何保證進(jìn)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(jìn)行，影響事件驅(qū)動(dòng)服務(wù)模型性能的點(diǎn)在于CPU的計(jì)算能力，而不受多進(jìn)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(wèn)題，帶來(lái)的性能上提升是可觀的。

進(jìn)程的創(chuàng)建和使用

多核利用率

面對(duì)單進(jìn)程單線程對(duì)多核使用不足的問(wèn)題，最簡(jiǎn)單的方法是啟動(dòng)多進(jìn)程即可。理想狀態(tài)下每個(gè)進(jìn)程各自利用一個(gè)CPU，以此實(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)程的復(fù)制。

你可以通過(guò)這個(gè)方法在本地啟動(dòng)多個(gè) HTTP 服務(wù)，首先編寫(xiě)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(jī)監(jiān)聽(tīng)1000-1999的任意一個(gè)端口
server.listen(Math.floor((1 + Math.random()) * 1000));

然后創(chuàng)建一個(gè)主進(jìn)程 master.js 來(lái)啟動(dòng)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(guò) ps aux | grep worker.js 來(lái)直接查看，在 Windows 中，你能通過(guò) netstat -a 然后查看 1000-1999 端口的進(jìn)程。

這樣的模式稱為 Master-Worker模式，又稱 主從模式。如圖，進(jìn)程分為兩種：主進(jìn)程和工作進(jìn)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(jìn)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(jìn)程，它是趨向于穩(wěn)定的。
• 工作進(jìn)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(jìn)程使每個(gè)CPU內(nèi)核都使用上，但是依然要切記 fork() 進(jìn)程是昂貴的。因?yàn)镹ode通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)和異步IO的方式很大的緩解了并發(fā)問(wèn)題，所以這里啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程只是為了充分將CPU資源利用起來(lái)，而不是為了解決并發(fā)問(wèn)題。

創(chuàng)建子進(jìn)程

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

• spawn()：?jiǎn)?dòng)一個(gè)子進(jìn)程來(lái)執(zhí)行命令。
• exec()：?jiǎn)?dòng)一個(gè)子進(jìn)程來(lái)執(zhí)行命令。與spawn()不同的是其接口不同，它有一個(gè)回調(diào)函數(shù)獲知子進(jìn)程的狀況。
• execFile()：?jiǎn)?dòng)一個(gè)子進(jìn)程來(lái)執(zhí)行可執(zhí)行文件。
• fork()：與 spawn() 類似，不同點(diǎn)在于它創(chuàng)建 Node 的子進(jìn)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(kāi)頭加入 #! /usr/bin/env node

進(jìn)程間通信 IPC

在 Master-Worker模式 中，要實(shí)現(xiàn)主進(jìn)程管理和調(diào)度工作進(jìn)程的功能，需要主進(jìn)程和工作進(jìn)程之間的通信。子進(jìn)程對(duì)象則由 send() 方法實(shí)現(xiàn)主進(jìn)程向子進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)，message事件 實(shí)現(xiàn)收聽(tīng)子進(jìn)程發(fā)來(lái)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(lái)創(chuàng)建工作線程，而主進(jìn)程和工作進(jìn)程之間通過(guò) onmessage() 和 postMessage() 進(jìn)行通信。具體參考MDN文檔。

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

父進(jìn)程在實(shí)際創(chuàng)建子進(jìn)程之前，會(huì)創(chuàng)建IPC通道并監(jiān)聽(tīng)它，然后才真正創(chuàng)建出子進(jìn)程，并通過(guò)環(huán)境變量（NODE_CHANNEL_FD）告訴子進(jìn)程這個(gè)IPC通道的文件描述符。子進(jìn)程在啟動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)文件描述符去連接這個(gè)已存在的IPC通道，從而完成父子進(jìn)程之間的連接。

?? 只有啟動(dòng)的子進(jìn)程是Node進(jìn)程時(shí)，子進(jìn)程才會(huì)根據(jù)環(huán)境變量去連接IPC通道。對(duì)于其他類型的子進(jìn)程則無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，除非其他進(jìn)程也按約定去連接這個(gè)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(wèn)題，然后介紹了創(chuàng)建子進(jìn)程、進(jìn)程間通信與IPC通道的內(nèi)容。通過(guò)這些基礎(chǔ)技術(shù)，用 child_process模塊 在單機(jī)上搭建 Nodejs集群 是件相對(duì)容易的事情，讓 Nodejs 能夠在多核CPU的環(huán)境下充分利用計(jì)算資源。

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

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