浅谈 nodejs 进程和线程

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发布于: 2021 年 02 月 22 日

进程概念

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，是对操作系统上运行程序的一个抽象。每个进程拥有各自独立的内存空间，使得各个进程之间内存地址相互隔离。

这点很好理解，当运行一个程序时，首先会从磁盘中读取代码到内存中，由 CPU 去执行代码，运行过程中会涉及数据的存放、以及与外部设备交互等，这便涉及到程序对计算机资源的使用。那系统上存在那么多程序，且 CPU 只有一个，为了便于管理程序资源的使用，操作系统会把每个运行中的程序封装为一个实体，分配各自所需的资源，再根据调度算法切换执行。这里的实体，便是“进程”。

线程概念

当程序的功能越来越复杂，程序内部存在多种功能模块，比如网络请求、IO 操作等，我们希望能将应用程序分解成更细粒度、能准并行运行多个顺序执行实体，并且这些细粒度的实体能够共享进程的内存空间（程序代码、数据、内存空间等），因此就诞生了“线程”。

每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间切换会有较大开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有独立的运行栈和程序计算器，线程间的切换开销小。所以线程的创建、销毁、调度性能远优于进程。

线程是操作系统运算调度的最小单位，线程隶属于进程。一个线程只能隶属于一个进程，但一个进程能够拥有多个线程。

简而言之，进程负责分配和管理系统资源，线程负责 CPU 调度运算，也是 CPU 切换时间片的最小单位。

node.js 处理耗时操作

通过 fork 子进程处理耗时操作，子进程执行完耗时操作，再通过 send 方法将结果发送给主进程，主进程通过 message 监听信息后处理并退出。

通过child_process模块创建子进程处理耗时操作的例子：

// forkApp.jsconst http = require('http')const fork = require('child_process').fork
const server = http.createServer((req,res)=>{	if(req.url === '/sum'){    // 开启一个子进程  	const sum = fork('./fork_sum.js')    // 向子进程发送消息    sum.send('start')    // 监听子进程消息    sum.on('message',sum=>{    	res.end({sum})      sum.kill() // 执行完成，杀死子进程    })    // 监听子进程错误消息    sum.on('close',(code,signal)=>{      console.log('监听到close事件',code,signal)    	sum.kill()    })  }else{res.end('ok')}})

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// fork_sum.jsconst sum = ()=>{  let total = 0	for (let i = 0; i < 1e10; i++) {	     total += i	  }  return total}
process.on('message',msg=>{	const total = sum()  process.send(total)})

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node.js 多进程架构

Node.js 通过node app.js开启一个服务进程，多进程是通过进程的复制（fork），fork 出来的每个子进程都拥有各自独立的空间地址、数据栈，并且进程之间是相互独立，无法访问彼此的变量、数据结构。进程之间只有建立 IPC 通道才能共享数据。

这里采用多进程架构并非是用于解决高并发问题，而是处理单进程模式下 CPU 利用率不足的情况。核心是，父进程负责监听端口，接收到请求后将其分发给下面的 worker 进程。

以下是通过集群 cluster 创建多进程架构的简易例子：


const cluster = require('cluster');const http = require('http');
if (cluster.isMaster) { // 主进程    // 根据cpus/2开启子进程数    for (let i = 0; i < require('os').cpus().length / 2; i++) {      	// 衍生工作进程。        createWorker();    }
    function createWorker() {        // 创建子进程        var worker = cluster.fork();				// 监听子进程发送的消息        worker.on('message', function (msg) {                  });				// 发送消息给特定工作进程      	worker.send('server')        // 监听退出        worker.on('exit', function (code, signal) {           console.log('worker process exited, code: %s signal: %s', code, signal);        });    }
} else {    // 当进程出现会崩溃的错误    process.on('uncaughtException', function (err) {        // 这里可以做写日志的操作        console.log(err);        // 退出进程        process.exit(1);    });
    // 内存使用过多，自杀    if (process.memoryUsage().rss > 734003200) {        process.exit(1);    }  	 		// 接收主进程send方法发送的消息   	process.on('message', function (msg) {        process.send('pid:'+process.pid);    });
    // 工作进程可以共享任何 TCP 连接。  	// 在本例子中，共享的是 HTTP 服务器。  	http.createServer((req, res) => {    	res.writeHead(200);    	res.end('你好世界\n');  	}).listen(8000);
  console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动`);}

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cluster 集群采用的是经典的主从模型，会创建个主进程（master），然后根据指定数量创建子进程（worker），由 master 进程负责管理所有的子进程，主进程不处理具体的任务，主要工作是负责调度和管理。cluster 模块使用内置的负载均衡来处理线程之间的压力，该负载均衡使用了 Round-robin 算法（循环算法）。

cluster 模块开启的多个子进程监听同一个端口，为啥没报错误： Error:listen EADDRIUNS 呢？

这是由于 master 进程内部启动了一个 TCP 服务器，而真正监听端口的只有这个服务器，当来自前端的请求触发服务器的 connection 事件后，master 会将对应的 socket 句柄发送给子进程。

node.js 进程守护

通常通过命令行窗口执行命令node app.js，启动一个程序。但当命令行窗口关闭，服务会立刻断掉；或者当 Node 服务意外崩溃此时无法自动重启，这些情况都是不想看到的。因此需要对进程守护，出现意外情况重启。我们经常采用的是 pm2。

例子：指定生产环境，启动一个名为 app 的 node 服务

pm2 start app.js --env production --name app

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关于 pm2 其他命令，以及使用方法，详细看官网：

http://pm2.keymetrics.io/docs/usage/quick-start/

node.js 线程

node.js 是单线程指的是 JavaScript 的执行是单线程的，但 JavaScript 的宿主环境无论是 Node 还是浏览器都是多线程的。以下代码一行可以手动更改线程池默认数量。

process.env.UV_THREADPOOL_SIZE = 36   // 线程池默认大小为4

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总结

关于线程和进程的初步浅析就到这了，如果你对浏览器的多进程架构有想了解的，可以看看下面这篇文章：

Chrome浏览器多进程架构的3个知识点

发布于: 2021 年 02 月 22 日阅读数: 27

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/4eae8c8718983d7461052f54e】。文章转载请联系作者。

梁龙先森

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脚踏V8引擎的无情写作机器 2018.03.17 加入

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