详细分析Node.js 多进程

介绍

Node.js 是一个基于事件驱动和非阻塞的 I/O 模型而得名的开源、跨平台的运行时环境。Node.js 采用单线程模型，但是Node.js可以通过创建多进程的方式充分利用硬件资源，提高服务器的承载能力。本文将详细分析 Node.js 的多进程，包括 Fork、Cluster 和 Child Process。

什么是 Fork？

Fork 是一种创建独立进程的方法，它可以复制自身并在子进程中运行。在 Node.js 中，Fork 是通过 child_process 模块实现的。Fork 的两个常用方法是 fork() 和 spawn()。

• fork() 方法：复制当前进程，并与子进程进行通信。使用 fork() 方法启动的子进程可以通过建立 IPC 通道（Inter-Process Communication）和父进程进行通信。

下面是一个 Fork 的示例代码：

// parent.js
const { fork } = require('child_process');
const forked = fork('child.js');

forked.on('message', (msg) => {
  console.log(`Message from child: ${msg}`);
});

forked.send('Hello from parent');

// child.js
process.on('message', (msg) => {
  console.log(`Message from parent: ${msg}`);
});

process.send('Hello from child');

在这个示例中，父进程通过 fork() 方法创建了一个子进程 child.js，并与子进程进行通信。子进程接收到来自父进程的消息，并将这个消息原样返回给父进程。

什么是 Cluster？

Cluster 是一种多进程的服务器模式，它能够创建多个子进程，并在这些子进程之间共享同一个端口，以实现充分利用多核 CPU 的目的。Cluster 使用 Master-Worker 模式，其中 Master 在主线程中运行，而 Worker 则在一个或多个子进程中运行。

下面是一个使用 Cluster 的示例代码：

// cluster.js
const cluster  = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`Master ${process.pid} is running`);

  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`);
  });
} else {
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Hello World\n');
  }).listen(8000);

  console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}

在这个示例中，如果当前进程是 Master，就使用 fork() 方法创建 numCPUs 个子进程，并在一个循环中启动它们。然后添加了一个监听事件，当有 Worker 进程退出时，会执行对应的回调函数。

如果当前进程不是 Master，就创建一个 HTTP 服务器并监听 8000 端口。这个服务器的功能非常简单，只是简单的返回 “Hello World”。

什么是 Child Process？

Child Process 是一个可以启动单独进程的模块，可以使用不同的方式启动这些单独的进程。Child Process 可以调用操作系统的其他工具或者第三方工具，通过执行 shell 命令、通过进程 ID 来执行操作系统进程、或者通过 execFile 方法来执行应用程序。

下面是一个使用 Child Process 启动一个应用程序的示例代码：

// main.js
const { execFile } = require('child_process');
const child = execFile('node', ['--version'], (error, stdout, stderr) => {
  if (error) {
    throw error;
  }
  console.log(stdout);
});

// 输出结果：v14.5.0

在这个示例中，我们使用 execFile() 方法启动了 Node.js 程序并传递了参数 --version。执行结果是在终端输出了当前 Node.js 的版本号 v14.5.0。

结论

本文详细介绍了 Node.js 多进程中的 Fork、Cluster 和 Child Process。这些方法都有自己的使用场景，可以根据应用需要进行选择。同时，多进程也允许 Node.js 应用程序更好地充分利用硬件资源和提高应用程序的响应吞吐量。