一文搞懂 Node.js 中的多線程和多進程

時間 2020-01-03

標籤一文 node.js node 多線程進程欄目 Node.js 简体版

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做者：Nastassia Ovchinnikova
翻譯：瘋狂的技術宅javascript

原文：https://flatlogic.com/blog/mu...前端

未經容許嚴禁轉載java

Node.js 是一個免費的跨平臺 JavaScript 運行時環境，儘管它本質上是單線程的，可是能夠在後臺使用多個線程來執行異步代碼。node

因爲 Node.js 的非阻塞性質，不一樣的線程執行不一樣的回調，這些回調首先委託給事件循環。 Node.js 運行時負責處理全部這一切。程序員

爲何要使用NodeJS？

JavaScript 最初是做爲一種單線程編程語言構建的，僅在 Web 瀏覽器中運行。這意味着在一個過程當中，只有一組指令可以在給定的時間執行。web

僅在當前代碼塊的執行完成後，才移至下一個代碼塊。可是，JavaScript 的單線程性質使實現變得容易。面試

最初，JavaScript 對於僅用於向網站添加少許交互。因此並無對多線程的需求。可是時代已經變了，用戶要求也愈來愈高，JavaScript 已成爲「Web 上流行的編程語言」。編程

多線程如今變得很廣泛。因爲 JavaScript 是單線程語言，所以沒法在其中實現多線程。幸運的是，在這種狀況下，有一個很好的解決方法：Node.js。segmentfault

Node.js 框架並很多，這要歸功於 JavaScript 運行時環境（尤爲是 JavaScript）的廣泛流行。在繼續本文以前，讓咱們瞭解一些有關 Node.js 的重要觀點：後端

能夠用 send 函數將消息從子進程傳遞到其餘子進程和主進程
支持 fork 多個進程
主進程和子進程之間不共享狀態

爲何要 fork 進程？

在兩種狀況下，咱們須要 fork 一個流程：

經過將任務委派給其餘進程來提升速度
用於釋放內存和卸載單個進程

能夠將數據發送到子進程，也能夠將其送回。

Node.js 的方式

Node.js 使用兩種類型的線程：

經過事件循環處理主線程，
工做池中有許多輔助線程

事件循環負責獲取回調或函數，並將其註冊以供未來執行。它與正確的 JavaScript 代碼在同一線程中運行。一旦 JavaScript 操做阻塞了線程，事件循環也會被阻塞。

工做池是一個執行模型，負責產生和處理不一樣的線程。它同步執行任務，而後將結果返回到事件循環，最後事件循環將結果提供給回調。

總而言之，工做池負責異步 I/O 操做，即與系統磁盤和網絡的交互。像 fs 和 crypto 這樣的模塊是使用工做池的主要模塊。

因爲工做池是在 libuv 庫中實現的，Node.js 在 JS 和 C++ 之間進行內部通訊時會稍有延遲。不過這幾乎是不可察覺的。

一切都很好，直到咱們遇到同步執行復雜操做的要求。任何須要大量時間執行的函數都會致使主線程阻塞。

若是程序具備多個佔用大量 CPU 的函數，將會致使服務器吞吐量的顯着降低。在最壞的狀況下，服務器將會失去響應，而且沒法將任務委派給工做池。

諸如 AI、大數據和機器學習之類的領域沒法從 Node.js 中受益，由於這些操做阻塞了主線程，並使服務器失去響應。可是這隨着 Node.js v10.5.0 的到來而改變，該版本增長了對多線程的支持。

併發和 CPU 綁定任務的挑戰

在 JavaScript 中創建併發可能很困難。容許多個線程訪問相同的內存會致使競爭狀態，這不只使故障難以重現，並且解決起來也很困難。

Node.js 最初被實現爲基於異步 I/O 的服務器端平臺。經過簡單地消除線程需求，這使不少事情變得容易。是的，Node.js 程序是單線程的，但不是典型的方式。

咱們能夠在 Node.js 中並行運行，可是不須要建立線程。操做系統和虛擬機共同並行使用 I/O，而後在須要將數據發送回 JavaScript 代碼時，JS 代碼在單個線程中運行。

除 JS 代碼外，全部內容均在 Node.js 中並行運行。與異步塊不一樣，JS 的同步塊老是一次執行一次。與代碼執行相比，等待 JS 中產生 I/O 事件所話費的時間要多得多。

Node.js 程序僅調用所需的函數或回調，而不會阻止其餘代碼的執行。最初 JavaScript 和 Node.js 都不打算處理 CPU 密集型或 CPU 綁定的任務。

當代碼最少時，執行將會是敏捷的。可是計算量越大，執行速度就越慢。

若是你仍然嘗試在 JS 和 Node 中完成 CPU 密集型任務，那麼將會使瀏覽器中的 UI 凍結並對全部 I/O 事件進行排隊處理。儘管如此，咱們已經走了很遠。如今有了 worker_threads 模塊。

worker_threads 模塊使多線程變得簡單

Node.js v10.5.0 於 2018 年 6 月發佈，引入了 worker_threads 模塊。它有助於在流行的 JavaScript 運行時環境中實現併發。該模塊容許建立功能齊全的多線程 Node.js 應用。

從技術上講，工做線程是在單獨的線程中產生的一些代碼。要開始使用輔助線程，須要先導入 worker_threads 模塊。以後須要建立 Worker 類的實例以建立工做線程。

建立 Worker 類的實例時，有兩個參數：

第一個參數提供擴展名 .js 或 .mjs 的文件路徑，其中包含工做程序線程的代碼，
第二個參數提供了一個包含 workerData 屬性的對象，該屬性包含工做線程開始執行時將訪問的數據

輔助線程可以調度多個消息事件。所以，回調方法優先於返回 promise。

工做線程之間的通訊是基於事件的，即偵聽器設置爲在工做線程發送事件後當即調用。最多見的 4 個事件是：

worker.on('error', (error) => {});

當工做線程中有未捕獲的異常時發出。接下來工做線程終止，而且該錯誤能夠做爲回調中的第一個參數使用。

worker.on('exit', (exitCode) => {})

當輔助線程退出時發出。若是在工做線程中調用了 process.exit()，則會將 exitCode 提供給回調。若是 worker.terminate() 終止工做線程，則代碼爲 1。

worker.on('message', (data) => {});

當工做線程將數據發送到父線程時發出。

worker.on('online', () => {});

當工做線程中止解析 JS 代碼並開始執行時發出。儘管不經常使用，但 online 事件在特定狀況下可能會提供更多信息。

使用工做線程的方式

有兩種使用工做線程的方法：

方法 1 – 涉及產生工做線程，執行其代碼並將結果發送到父線程。此方法須要每次爲新任務從頭建立新的 worker 線程。
方法 2 – 涉及生成 worker 線程併爲消息事件設置偵聽器。每次觸發該消息時，輔助線程都會執行代碼，並將結果發送回父線程。輔助線程保持活動狀態，以備未來使用。

方法 2 也被稱爲工做池。這是由於該方法涉及建立 worker 的工做池，先讓他們等待，並在須要時去調度消息事件來執行任務。

因爲從頭建立工做線程須要建立虛擬機以及解析和執行代碼，所以官方 Node.js 文檔建議採用方法 2。此外，方法 2 更爲實用，比方法 1 更有效。

worker_threads 模塊中可用的重要屬性

isMainThread – 當不在工做線程內操做時，此屬性爲 true。若是須要，則能夠在 worker 文件的開頭包含一個簡單的 if 語句。這樣能夠確保它僅做爲工做線程運行。
parentPort – MessagePort 的實例，用於與父線程進行通訊。
threadId – 分配給工做線程的惟一標識符。
workerData – 包含在 worker 線程的構造函數中的數據。