Node.js 多进程处理CPU密集任务的实现

Node.js是单线程的，这意味着它只有一个进程，一次只能处理一个请求。随着CPU的性能不断提高，处理CPU密集型任务的需求也日益增加。因此，为了更好地利用CPU资源，Node.js提供了多进程模块，可以通过在不同的进程中执行代码来并行处理任务，从而提高处理速度。

1. Node.js的多进程模块cluster

Node.js多进程处理的核心模块是cluster。它允许我们将一个进程分成多个子进程，并使它们能够相互协作以完成同一任务。

下面是一个基本的示例代码，展示如何使用cluster创建子进程：

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

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

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

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`worker ${worker.process.pid} died`);
  });
} else {
  // Workers can share any TCP connection
  // In this case it is an HTTP server
  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，我们使用了cluster.fork()方法将进程分成多个子进程，并使用os模块中的cpus()方法获取CPU的数量。每个子进程都会独立运行一个HTTP服务器，接受请求并回复hello world。

如果您运行这段代码，您会发现每个HTTP服务器都运行在不同的端口上。这就是多进程编程的好处，多个进程可以并行处理请求。

2. Node.js的多进程模块child_process

除了cluster模块外，Node.js还提供了一个child_process模块，它允许我们在相同的Node.js进程中创建多个子进程。这些子进程可以进行一些CPU密集型任务，让主进程可以集中处理I/O操作。

下面是一个基本的示例代码，展示如何使用child_process模块在父进程中创建一个子进程，并与子进程进行通信：

const { fork } = require('child_process');

const child = fork('child.js');

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

child.send('hello world');

在这个示例中，我们使用了child_process模块中的fork()方法在父进程中创建了一个子进程。我们通过child.on()方法监听子进程发送的消息，并通过child.send()方法向子进程发送消息。在子进程的代码中，我们可以通过process.on()方法监听父进程发送的消息，通过process.send()方法向父进程发送消息。

下面是child.js的代码示例：

process.on('message', (message) => {
  console.log(`received message in child: ${message}`);
  process.send('got it');
});

在这个示例中，我们使用了process.on()方法监听父进程发送的消息，并通过process.send()方法向父进程发送一个回复。

结论

Node.js的多进程模块cluster和child_process可以让我们更好地利用CPU资源，通过在多个进程中同时处理任务来提高处理速度。在实际的开发过程中，我们可以根据应用程序的具体需要来选择使用哪个模块，并灵活地应用于不同的场景。需要注意的是，多进程模型也会增加代码的复杂度和运维难度，开发者需要根据实际情况进行权衡。