認識node核心模塊--全局對象及Cluster

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node 模塊是node 完成強大功能的實現者。node 的核心模塊包括events、fs、buffer、stream、cluster、http、net、一些操做OS和工具模塊、全局對象等。本文將在node核心特性理解的基礎上進一步深刻探討node核心模塊的具體細節。本文主要探討的模塊有：全局對象global及其重要屬性、多進程cluster、events重要類EventEmitter、流Stream、文件系統fs、網絡http，還會介紹node框架express相關。

概述

本文先來介紹全局對象global及其重要屬性、多進程cluster模塊。

正文

node全局對象global

與瀏覽器對應的window同樣，在node中global是全局對象，在全局做用域定義的任何變量都會保存爲global的屬性，稱爲全局變量。下面是global一些重要的屬性：

• 模塊：module、require、exports

這三個全局變量組成了node 的模塊定義和引入，是 commonJS 的實現。node將每一個文件視爲一個模塊，在執行到每一個模塊以前都會定義好上述三個變量，所以能夠直接使用。來看它們之間的協做：

// module1.js
exports.fun = function(a,b) {
    return a + b;
} //綁定在exports的屬性能夠被其餘模塊引入使用

//module2.js
var module1 = require('./module1')
module1.fun(3,2)     //5

相關機制：

• module 表示對這個模塊的引用，所以module 實際上不是全局的，而是每一個模塊本地的。module除了exports 還有其餘關於模塊的屬性，例如module.children
• exports 實際上是module.exports的簡寫，表示這個模塊的輸出。有一點須要注意，對exports直接賦值exports = {...}並不會被輸出，由於exports事先已經被定義了，再次這樣賦值會被覆蓋，須要帶上module：module.exports = {...}
• require 表示引入某個模塊，填寫模塊路徑便可，在node_modules裏面的模塊填寫名字便可，js文件能夠不用寫擴展名。

另外，因爲V8引擎對ES6的不斷支持，node 中也能夠直接使用ES6的一些特性、例如promise、class等，ES6的模塊也被node 實驗性的引入而且是穩定的。詳情見nodejs中文網。能夠在node.green查看支持的特性

• 異步操做 setTimeout、setInterval、setImmediate、process.nextTick

  • setTimeout和setInterval跟瀏覽器端同樣，不一樣的是，node實現了setImmediate（目前瀏覽器端只有 IE實現了該方法）。它表示在 Node.js 事件循環的當前回合結束時要調用的函數，用來把一些須要長時間運行的操做放在一個回調函數裏,在node主線程完成後面的其餘語句後,就馬上執行這個回調函數，參數是一個函數和用做這個函數的參數，做用跟setTimeout(fn,0)差很少，都是至關於當即在事件隊列末尾插入一個事件，但也有差異。

  • process.nextTick(fn,...args)表示在當前調用棧結束後，在下一個事件執行前調用回調函數。node 提供這個API是爲了把複雜耗時的任務放到最後去處理，以便優先執行簡單的任務。來看它們之間的比較：

    setTimeout(() => console.log("setTimeout0"),0)
    setImmediate(() => console.log("setImmediate"))
    process.nextTick(() => console.log("nextTick"))
    //輸出nextTick setTimeout0 setImmediate 或者 nextTick setImmediate setTimeout0

不管process.nextTick寫在什麼地方，它老是第一個輸出。不管setTimeout和setImmediate誰先誰後，均可能出現兩種結果，其中setTimeout(fn,0)先於setImmediate多一點。這是由於它們三個產生的事件推入到了不一樣的watcher（觀察者）中—— setTimeout推入到了定時器觀察者，setImmediate是check觀察者，而process.nextTick()是idle觀察者 ，而node主線程在事件循環時調用watcher 的順序通常是 idle觀察者 > check觀察者，idle觀察者 > 定時器觀察者，check 和定時器不分前後，但定時器先於check的機率大一點。

• node進程： process

process 是node對進程的表示，提供了操做進程的接口，能夠用process來提供進程有關信息，控制進程 。

process提供的接口包括

描述進程的一些狀態（事件）：exit、beforeExit、uncaughtException、Signal

進程退出返回的狀態碼：Uncaught Fatal Exception、Signal Exits、Unused等

進程的相關信息：stdout、stderr、config、stdin、exitCode、pid(進程編號)等

操做進程的方法：abort、chdir、cwd、kill(發送信號給進程)、exit、nextTick、getgid、setgid、uptime等

• 其餘： console、__filename、 __dirname

這些都是全局變量，能夠在任何地方引用

node 子進程：child_process模塊

一個進程只能利用一個CPU時間分片，爲了高效利用多核CPU，node 提供了能夠建立子進程(注意不是子線程)的child_process模塊，來幫助主進程高效利用多核CPU完成其餘複雜的任務。之因此提供建立子進程而不是子線程的接口，是由於這讓咱們的程序狀態單一，不用在乎狀態同步、死鎖、上下文切換開銷等等多線程編程中的頭疼問題。這樣以來一個進程只有一個線程。雖然單線程也會帶來一些問題，如錯誤會引發整個應用退出等，但這都有了很好的解決方案。

建立子進程

node有三種建立子進程的接口：

• exec / execFile: 這二者都會建立子進程來執行，執行的結果會存儲在Buffer中。不一樣的是前者建立一個shell進程來執行命令，後者直接建立一個進程用來執行可執行文件，所以前者適合用來執行shell命令而後獲取輸出，後者效率較高。這二者由於輸出的結果存儲在Buffer中，所以只適合輸出輕量的數據。
• spawn：適合用於進程輸入、輸出數據量比較大的狀況，由於它支持以 stream 的形式輸入輸出，能夠用於任何命令。spawn的參數option有一個stdio配置項，用來配置子進程與父進程之間的IO通道，還有一個detached來配置子進程是否獨立運行，能夠建立常駐後臺進程。總之，給予了子進程更多的靈活性。
• fork：fork 實際上是spawn的特例，它會建立一個V8實例，只能用來運行node.js程序，而且與上面兩種方法不一樣的是，fork會在父子進程間創建 IPC 通道，父子進程之間能夠互相收發消息——經過監聽 message 事件和調用 send 方法，就能夠在父子進程間進行通訊了。

父子進程通訊

首先，這三種API都返回ChildProcess實例，所以均可以經過訪問stdout屬性來獲得輸出，exec/execFile 接口還能夠在參數裏綁定回調函數拿到子進程的stdout 。

const { exec, execFile, spawn, fork } = require("child_process")

// exec/execFile 接口既能夠在參數裏綁定回調函數拿到輸出流，也能夠利用返回的ChildProcess實例
const exec_process = exec("node child_process.js", {}, (err, stdout, stderr) => {
    if (err) {
        console.log(err)
    } else if(stdout) {
        console.log(stdout)
    } else {
        console.log(stderr)
    }
})
exec_process.stdout.on('data',(data) => console.log(`${data}`))

// spawn 接口沒有回調函數，只能利用返回的ChildProcess實例綁定監聽數據函數拿到子進程的輸出
const spawn_process = spawn('node',['child_process'], {})
spawn_process.stdout.on('data', (data) => console.log(`${data}`))

//fork 也能夠利用返回的ChildProcess實例，注意配置項silent要設爲true
const fork_process = fork('child_process.js', [], {'silent': true})
fork_process.stdout.on('data' ,(data) => console.log(`${data}`))

其次， fork返回的ChildProcess實例有一個額外的內置的通訊通道IPC，它容許消息在父進程和子進程之間來回傳遞。

// child_process.js
process.on('message', (data) => {
  console.log(`message from Parent: ${data}`);
})
setTimeout(() => {
  process.send('send from child');
}, 2000)

// parent.js
const { fork } = require("child_process")
const p = fork(
  'child_process.js', // 須要執行的腳本路徑
  [], // 傳遞的參數
  {}
)
p.on('message', data => {                      //監聽子進程消息
  console.log(`message from child: ${data}`)
})
p.send('send from parent')                     //發送消息給子進程

集羣：Cluster 模塊

cluster模塊是對child_process模塊的進一步封裝，專用於解決單進程NodeJS Web服務器沒法充分利用多核CPU的問題。使用該模塊能夠簡化多進程服務器程序的開發，讓每一個核上運行一個工做進程，並統一經過主進程監聽端口和分發請求。 ——七天學會node.js

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;
console.log(numCPUs)

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`主進程 ${process.pid} 正在運行`);

  // 衍生工做進程。
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();      // 調用了 child_process.fork()方法建立工做進程
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`工做進程 ${worker.process.pid} 已退出`);
  });
} else {
  // 工做進程能夠共享任何 TCP 鏈接。
  // 在本例子中，共享的是一個 HTTP 服務器。
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('你好世界\n');
  }).listen(8000);

  console.log(`工做進程 ${process.pid} 已啓動`);
}
console.log("WOW")

// 輸出（Mac OS）
4
主進程 55570 正在運行
WOW
4
工做進程 55571 已啓動
WOW
4
工做進程 55572 已啓動
WOW
4
工做進程 55573 已啓動
WOW
4
工做進程 55574 已啓動
WOW

//能夠看到 fork 是異步建立的，調用時請求建立進程並當即返回，系統建立好進程後會加入到事件隊列，執行到事件就調用回調函數，這個回調函數包括執行一遍這個文件

cluster.fork()實際調用了child_process.fork()，所以創建了IPC通道與父進程通訊。它會建立一個進程並返回cluster.worker實例。建立的每一個進程之間都是獨立的，一個進程的開啓和關閉不影響其餘進程。只要有存活的進程，服務器就能夠繼續處理鏈接。

主進程負責監聽端口，接收新鏈接後會自動將鏈接循環（默認）分發給cluster.fork()建立的工做進程來幫忙處理，所以可使用cluster模塊來實現簡單的負載均衡。

注意：

• cluster.fork()返回cluster.worker實例可能會引發困惑，困惑的緣由把主進程和工做進程作了master和worker的區分，這裏不用這麼區分，既然主進程也是進程，那麼也能夠看做worker，調用cluster.fork().send(message)就能夠向子進程發送信息，一樣監聽信息也是cluster.fork().on('message', (data) => {...})。
• worker 和 process 都是相對的，若是當前執行進程是主進程就表明主進程，是工做進程就表明工做進程。
• cluster表明整個集羣，也就是主進程和工做進程，隨着當前執行進程的變化，cluster的屬性也在變化。在cluster上面綁定的事件對每一個進程都起做用。cluster有一些API 是隻對於主進程或只對於工做進程的，例如只能在主進程而不能在工做進程中調用的：fork、cluster.workers等，只能在工做進程不能在主進程調用的：cluster.worker等。
• 跟上面child_process模塊不同的是，cluster.fork()只有增長進程環境變量的參數(通常是不帶的)，沒有要執行文件路徑的參數，所以像上面代碼那樣主進程作的事和工做進程作的事寫在同一文件(if-else語句裏)是合理的。