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深入理解Node.js進(jìn)程與線程(8000字長文徹底搞懂)

前言

從事香港機(jī)房服務(wù)器托管，服務(wù)器租用，云主機(jī)，網(wǎng)站空間，域名與空間，CDN，網(wǎng)絡(luò)代維等服務(wù)。

進(jìn)程與線程是一個程序員的必知概念，面試經(jīng)常被問及，但是一些文章內(nèi)容只是講講理論知識，可能一些小伙伴并沒有真的理解，在實際開發(fā)中應(yīng)用也比較少。本篇文章除了介紹概念，通過Node.js 的角度講解進(jìn)程與線程，并且講解一些在項目中的實戰(zhàn)的應(yīng)用，讓你不僅能迎戰(zhàn)面試官還可以在實戰(zhàn)中完美應(yīng)用。

文章導(dǎo)覽

面試會問

Node.js是單線程嗎?
Node.js 做耗時的計算時候，如何避免阻塞?
Node.js如何實現(xiàn)多進(jìn)程的開啟和關(guān)閉?
Node.js可以創(chuàng)建線程嗎?
你們開發(fā)過程中如何實現(xiàn)進(jìn)程守護(hù)的?
除了使用第三方模塊，你們自己是否封裝過一個多進(jìn)程架構(gòu)?

進(jìn)程

進(jìn)程Process是計算機(jī)中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，進(jìn)程是線程的容器(來自百科)。進(jìn)程是資源分配的最小單位。我們啟動一個服務(wù)、運(yùn)行一個實例，就是開一個服務(wù)進(jìn)程，例如 Java 里的 JVM 本身就是一個進(jìn)程，Node.js 里通過 node app.js 開啟一個服務(wù)進(jìn)程，多進(jìn)程就是進(jìn)程的復(fù)制(fork)，fork 出來的每個進(jìn)程都擁有自己的獨(dú)立空間地址、數(shù)據(jù)棧，一個進(jìn)程無法訪問另外一個進(jìn)程里定義的變量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只有建立了 IPC 通信，進(jìn)程之間才可數(shù)據(jù)共享。

Node.js開啟服務(wù)進(jìn)程例子

 
 
 
 
  
  
  
  const http = require('http'); 
  
  
  
  const server = http.createServer();
  
  
  
  server.listen(3000,()=>{
  
  
  
      process.title='程序員成長指北測試進(jìn)程';
  
  
  
      console.log('進(jìn)程id',process.pid)
  
  
  
  })

運(yùn)行上面代碼后，以下為 Mac 系統(tǒng)自帶的監(jiān)控工具 “活動監(jiān)視器” 所展示的效果，可以看到我們剛開啟的 Nodejs 進(jìn)程 7663

線程

線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位，首先我們要清楚線程是隸屬于進(jìn)程的，被包含于進(jìn)程之中。一個線程只能隸屬于一個進(jìn)程，但是一個進(jìn)程是可以擁有多個線程的。

單線程

單線程就是一個進(jìn)程只開一個線程

Javascript 就是屬于單線程，程序順序執(zhí)行(這里暫且不提JS異步)，可以想象一下隊列，前面一個執(zhí)行完之后，后面才可以執(zhí)行，當(dāng)你在使用單線程語言編碼時切勿有過多耗時的同步操作，否則線程會造成阻塞，導(dǎo)致后續(xù)響應(yīng)無法處理。你如果采用 Javascript 進(jìn)行編碼時候，請盡可能的利用Javascript異步操作的特性。

經(jīng)典計算耗時造成線程阻塞的例子

 
 
 
 
  
  
  
  const http = require('http');
  
  
  
  const longComputation = () => {
  
  
  
    let sum = 0;
  
  
  
    for (let i = 0; i < 1e10; i++) {
  
  
  
      sum += i;
  
  
  
    };
  
  
  
    return sum;
  
  
  
  };
  
  
  
  const server = http.createServer();
  
  
  
  server.on('request', (req, res) => {
  
  
  
    if (req.url === '/compute') {
  
  
  
      console.info('計算開始',new Date());
  
  
  
      const sum = longComputation();
  
  
  
      console.info('計算結(jié)束',new Date());
  
  
  
      return res.end(`Sum is ${sum}`);
  
  
  
    } else {
  
  
  
      res.end('Ok')
  
  
  
    }
  
  
  
  });
  
  
  
  
  
  
  
  server.listen(3000);
  
  
  
  //打印結(jié)果
  
  
  
  //計算開始 2019-07-28T07:08:49.849Z
  
  
  
  //計算結(jié)束 2019-07-28T07:09:04.522Z

的時候，如果想要調(diào)用其他的路由地址比如127.0.0.1/大約需要15秒時間，也可以說一個用戶請求完第一個compute接口后需要等待15秒，這對于用戶來說是極其不友好的。下文我會通過創(chuàng)建多進(jìn)程的方式child_process.fork 和cluster 來解決解決這個問題。

單線程的一些說明

Node.js 雖然是單線程模型，但是其基于事件驅(qū)動、異步非阻塞模式，可以應(yīng)用于高并發(fā)場景，避免了線程創(chuàng)建、線程之間上下文切換所產(chǎn)生的資源開銷。
當(dāng)你的項目中需要有大量計算，CPU 耗時的操作時候，要注意考慮開啟多進(jìn)程來完成了。
Node.js 開發(fā)過程中，錯誤會引起整個應(yīng)用退出，應(yīng)用的健壯性值得考驗，尤其是錯誤的異常拋出，以及進(jìn)程守護(hù)是必須要做的。
單線程無法利用多核CPU，但是后來Node.js 提供的API以及一些第三方工具相應(yīng)都得到了解決，文章后面都會講到。

Node.js 中的進(jìn)程與線程

Node.js 是 Javascript 在服務(wù)端的運(yùn)行環(huán)境，構(gòu)建在 chrome 的 V8 引擎之上，基于事件驅(qū)動、非阻塞I/O模型，充分利用操作系統(tǒng)提供的異步 I/O 進(jìn)行多任務(wù)的執(zhí)行，適合于 I/O 密集型的應(yīng)用場景，因為異步，程序無需阻塞等待結(jié)果返回，而是基于回調(diào)通知的機(jī)制，原本同步模式等待的時間，則可以用來處理其它任務(wù)，

科普：在 Web 服務(wù)器方面，著名的 Nginx 也是采用此模式(事件驅(qū)動)，避免了多線程的線程創(chuàng)建、線程上下文切換的開銷，Nginx 采用 C 語言進(jìn)行編寫，主要用來做高性能的 Web 服務(wù)器，不適合做業(yè)務(wù)。

Web業(yè)務(wù)開發(fā)中，如果你有高并發(fā)應(yīng)用場景那么 Node.js 會是你不錯的選擇。

在單核 CPU 系統(tǒng)之上我們采用單進(jìn)程 + 單線程的模式來開發(fā)。在多核 CPU 系統(tǒng)之上，可以通過 child_process.fork 開啟多個進(jìn)程(Node.js 在 v0.8 版本之后新增了Cluster 來實現(xiàn)多進(jìn)程架構(gòu)) ，即多進(jìn)程 + 單線程模式。注意：開啟多進(jìn)程不是為了解決高并發(fā)，主要是解決了單進(jìn)程模式下 Node.js CPU 利用率不足的情況，充分利用多核 CPU 的性能。

Node.js 中的進(jìn)程

process 模塊

Node.js 中的進(jìn)程 Process 是一個全局對象，無需 require 直接使用，給我們提供了當(dāng)前進(jìn)程中的相關(guān)信息。官方文檔提供了詳細(xì)的說明，感興趣的可以親自實踐下 Process 文檔。

process.env：環(huán)境變量，例如通過 process.env.NODE_ENV 獲取不同環(huán)境項目配置信息
process.nextTick：這個在談及 Event Loop 時經(jīng)常為會提到
process.pid：獲取當(dāng)前進(jìn)程id
process.ppid：當(dāng)前進(jìn)程對應(yīng)的父進(jìn)程
process.cwd()：獲取當(dāng)前進(jìn)程工作目錄，
process.platform：獲取當(dāng)前進(jìn)程運(yùn)行的操作系統(tǒng)平臺
process.uptime()：當(dāng)前進(jìn)程已運(yùn)行時間，例如：pm2 守護(hù)進(jìn)程的 uptime 值
進(jìn)程事件：process.on(‘uncaughtException’, cb) 捕獲異常信息、process.on(‘exit’, cb)進(jìn)程推出監(jiān)聽
三個標(biāo)準(zhǔn)流：process.stdout 標(biāo)準(zhǔn)輸出、process.stdin 標(biāo)準(zhǔn)輸入、process.stderr 標(biāo)準(zhǔn)錯誤輸出
process.title 指定進(jìn)程名稱，有的時候需要給進(jìn)程指定一個名稱

以上僅列舉了部分常用到功能點(diǎn)，除了 Process 之外 Node.js 還提供了 child_process 模塊用來對子進(jìn)程進(jìn)行操作，在下文 Nodejs進(jìn)程創(chuàng)建會繼續(xù)講述。

Node.js 進(jìn)程創(chuàng)建

進(jìn)程創(chuàng)建有多種方式，本篇文章以child_process模塊和cluster模塊進(jìn)行講解。

child_process模塊

child_process 是 Node.js 的內(nèi)置模塊，官網(wǎng)地址：

 
 
 
 
  
  
  
  child_process 官網(wǎng)地址：http://nodejs.cn/api/child_pr...

幾個常用函數(shù)：

四種方式

child_process.spawn()：適用于返回大量數(shù)據(jù)，例如圖像處理，二進(jìn)制數(shù)據(jù)處理。
child_process.exec()：適用于小量數(shù)據(jù)，maxBuffer 默認(rèn)值為 200 * 1024 超出這個默認(rèn)值將會導(dǎo)致程序崩潰，數(shù)據(jù)量過大可采用 spawn。
child_process.execFile()：類似 child_process.exec()，區(qū)別是不能通過 shell 來執(zhí)行，不支持像 I/O 重定向和文件查找這樣的行為
child_process.fork()：衍生新的進(jìn)程，進(jìn)程之間是相互獨(dú)立的，每個進(jìn)程都有自己的 V8 實例、內(nèi)存，系統(tǒng)資源是有限的，不建議衍生太多的子進(jìn)程出來，通長根據(jù)系統(tǒng) CPU 核心數(shù)設(shè)置。

CPU 核心數(shù)這里特別說明下，fork 確實可以開啟多個進(jìn)程，但是并不建議衍生出來太多的進(jìn)程，cpu核心數(shù)的獲取方式const cpus = require('os').cpus();,這里 cpus 返回一個對象數(shù)組，包含所安裝的每個 CPU/內(nèi)核的信息，二者總和的數(shù)組哦。假設(shè)主機(jī)裝有兩個cpu，每個cpu有4個核，那么總核數(shù)就是8。

fork開啟子進(jìn)程 Demo

fork開啟子進(jìn)程解決文章起初的計算耗時造成線程阻塞。

在進(jìn)行 compute 計算時創(chuàng)建子進(jìn)程，子進(jìn)程計算完成通過 send 方法將結(jié)果發(fā)送給主進(jìn)程，主進(jìn)程通過 message 監(jiān)聽到信息后處理并退出。

 
 
 
 
  
  
  
  fork_app.js

 
 
 
 
  
  
  
  const http = require('http');
  
  
  
  const fork = require('child_process').fork;
  
  
  
  
  
  
  
  const server = http.createServer((req, res) => {
  
  
  
      if(req.url == '/compute'){
  
  
  
          const compute = fork('./fork_compute.js');
  
  
  
          compute.send('開啟一個新的子進(jìn)程');
  
  
  
  
  
  
  
          // 當(dāng)一個子進(jìn)程使用 process.send() 發(fā)送消息時會觸發(fā) 'message' 事件
  
  
  
          compute.on('message', sum => {
  
  
  
              res.end(`Sum is ${sum}`);
  
  
  
              compute.kill();
  
  
  
          });
  
  
  
  
  
  
  
          // 子進(jìn)程監(jiān)聽到一些錯誤消息退出
  
  
  
          compute.on('close', (code, signal) => {
  
  
  
              console.log(`收到close事件，子進(jìn)程收到信號 ${signal} 而終止，退出碼 ${code}`);
  
  
  
              compute.kill();
  
  
  
          })
  
  
  
      }else{
  
  
  
          res.end(`ok`);
  
  
  
      }
  
  
  
  });
  
  
  
  server.listen(3000, 127.0.0.1, () => {
  
  
  
      console.log(`server started at http://${127.0.0.1}:${3000}`);
  
  
  
  });

 
 
 
 
  
  
  
  fork_compute.js

針對文初需要進(jìn)行計算的的例子我們創(chuàng)建子進(jìn)程拆分出來單獨(dú)進(jìn)行運(yùn)算。

 
 
 
 
  
  
  
  const computation = () => {
  
  
  
      let sum = 0;
  
  
  
      console.info('計算開始');
  
  
  
      console.time('計算耗時');
  
  
  
  
  
  
  
      for (let i = 0; i < 1e10; i++) {
  
  
  
          sum += i
  
  
  
      };
  
  
  
  
  
  
  
      console.info('計算結(jié)束');
  
  
  
      console.timeEnd('計算耗時');
  
  
  
      return sum;
  
  
  
  };
  
  
  
  
  
  
  
  process.on('message', msg => {
  
  
  
      console.log(msg, 'process.pid', process.pid); // 子進(jìn)程id
  
  
  
      const sum = computation();
  
  
  
  
  
  
  
      // 如果Node.js進(jìn)程是通過進(jìn)程間通信產(chǎn)生的，那么，process.send()方法可以用來給父進(jìn)程發(fā)送消息
  
  
  
      process.send(sum);
  
  
  
  })

cluster模塊

cluster 開啟子進(jìn)程Demo

 
 
 
 
  
  
  
  const http = require('http');
  
  
  
  const numCPUs = require('os').cpus().length;
  
  
  
  const cluster = require('cluster');
  
  
  
  if(cluster.isMaster){
  
  
  
      console.log('Master proces id is',process.pid);
  
  
  
      // fork workers
  
  
  
      for(let i= 0;i
  
  
  
  
        cluster.fork();
  
  
  
      }
  
  
  
      cluster.on('exit',function(worker,code,signal){
  
  
  
          console.log('worker process died,id',worker.process.pid)
  
  
  
      })
  
  
  
  }else{
  
  
  
      // Worker可以共享同一個TCP連接
  
  
  
      // 這里是一個http服務(wù)器
  
  
  
      http.createServer(function(req,res){
  
  
  
          res.writeHead(200);
  
  
  
          res.end('hello word');
  
  
  
      }).listen(8000);
  
  
  
  
  
  
  
  }

cluster原理分析

cluster模塊調(diào)用fork方法來創(chuàng)建子進(jìn)程，該方法與child_process中的fork是同一個方法。

cluster模塊采用的是經(jīng)典的主從模型，Cluster會創(chuàng)建一個master，然后根據(jù)你指定的數(shù)量復(fù)制出多個子進(jìn)程，可以使用cluster.isMaster屬性判斷當(dāng)前進(jìn)程是master還是worker(工作進(jìn)程)。由master進(jìn)程來管理所有的子進(jìn)程，主進(jìn)程不負(fù)責(zé)具體的任務(wù)處理，主要工作是負(fù)責(zé)調(diào)度和管理。

cluster模塊使用內(nèi)置的負(fù)載均衡來更好地處理線程之間的壓力，該負(fù)載均衡使用了Round-robin算法(也被稱之為循環(huán)算法)。當(dāng)使用Round-robin調(diào)度策略時，master accepts()所有傳入的連接請求，然后將相應(yīng)的TCP請求處理發(fā)送給選中的工作進(jìn)程(該方式仍然通過IPC來進(jìn)行通信)。

開啟多進(jìn)程時候端口疑問講解：如果多個Node進(jìn)程監(jiān)聽同一個端口時會出現(xiàn) Error:listen EADDRIUNS的錯誤，而cluster模塊為什么可以讓多個子進(jìn)程監(jiān)聽同一個端口呢?原因是master進(jìn)程內(nèi)部啟動了一個TCP服務(wù)器，而真正監(jiān)聽端口的只有這個服務(wù)器，當(dāng)來自前端的請求觸發(fā)服務(wù)器的connection事件后，master會將對應(yīng)的socket具柄發(fā)送給子進(jìn)程。

child_process 模塊與cluster 模塊總結(jié)

無論是 child_process 模塊還是 cluster 模塊，為了解決 Node.js 實例單線程運(yùn)行，無法利用多核 CPU 的問題而出現(xiàn)的。核心就是父進(jìn)程(即 master 進(jìn)程)負(fù)責(zé)監(jiān)聽端口，接收到新的請求后將其分發(fā)給下面的 worker 進(jìn)程。

cluster模塊的一個弊端：

cluster內(nèi)部隱時的構(gòu)建TCP服務(wù)器的方式來說對使用者確實簡單和透明了很多，但是這種方式無法像使用child_process那樣靈活，因為一直主進(jìn)程只能管理一組相同的工作進(jìn)程，而自行通過child_process來創(chuàng)建工作進(jìn)程，一個主進(jìn)程可以控制多組進(jìn)程。原因是child_process操作子進(jìn)程時，可以隱式的創(chuàng)建多個TCP服務(wù)器，對比上面的兩幅圖應(yīng)該能理解我說的內(nèi)容。

Node.js進(jìn)程通信原理

前面講解的無論是child_process模塊，還是cluster模塊，都需要主進(jìn)程和工作進(jìn)程之間的通信。通過fork()或者其他API，創(chuàng)建了子進(jìn)程之后，為了實現(xiàn)父子進(jìn)程之間的通信，父子進(jìn)程之間才能通過message和send()傳遞信息。

IPC這個詞我想大家并不陌生，不管那一張開發(fā)語言只要提到進(jìn)程通信，都會提到它。IPC的全稱是Inter-Process Communication,即進(jìn)程間通信。它的目的是為了讓不同的進(jìn)程能夠互相訪問資源并進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。實現(xiàn)進(jìn)程間通信的技術(shù)有很多，如命名管道，匿名管道，socket，信號量，共享內(nèi)存，消息隊列等。Node中實現(xiàn)IPC通道是依賴于libuv。windows下由命名管道(name pipe)實現(xiàn)，*nix系統(tǒng)則采用Unix Domain Socket實現(xiàn)。表現(xiàn)在應(yīng)用層上的進(jìn)程間通信只有簡單的message事件和send()方法，接口十分簡潔和消息化。

IPC創(chuàng)建和實現(xiàn)示意圖

IPC通信管道是如何創(chuàng)建的

父進(jìn)程在實際創(chuàng)建子進(jìn)程之前，會創(chuàng)建IPC通道并監(jiān)聽它，然后才真正的創(chuàng)建出子進(jìn)程，這個過程中也會通過環(huán)境變量(NODE_CHANNEL_FD)告訴子進(jìn)程這個IPC通道的文件描述符。子進(jìn)程在啟動的過程中，根據(jù)文件描述符去連接這個已存在的IPC通道，從而完成父子進(jìn)程之間的連接。

Node.js句柄傳遞

講句柄之前，先想一個問題，send句柄發(fā)送的時候，真的是將服務(wù)器對象發(fā)送給了子進(jìn)程?

子進(jìn)程對象send()方法可以發(fā)送的句柄類型

net.Socket TCP套接字
net.Server TCP服務(wù)器，任意建立在TCP服務(wù)上的應(yīng)用層服務(wù)都可以享受它帶來的好處
net.Native C++層面的TCP套接字或IPC管道
dgram.Socket UDP套接字
dgram.Native C++層面的UDP套接字

send句柄發(fā)送原理分析

結(jié)合句柄的發(fā)送與還原示意圖更容易理解。

send()方法在將消息發(fā)送到IPC管道前，實際將消息組裝成了兩個對象，一個參數(shù)是hadler，另一個是message。message參數(shù)如下所示：

 
 
 
 
  
  
  
  {
  
  
  
      cmd:'NODE_HANDLE',
  
  
  
      type:'net.Server',
  
  
  
      msg:message
  
  
  
  }

發(fā)送到IPC管道中的實際上是我們要發(fā)送的句柄文件描述符。這個message對象在寫入到IPC管道時，也會通過JSON.stringfy()進(jìn)行序列化。所以最終發(fā)送到IPC通道中的信息都是字符串，send()方法能發(fā)送消息和句柄并不意味著它能發(fā)送任何對象。

連接了IPC通道的子線程可以讀取父進(jìn)程發(fā)來的消息，將字符串通過JSON.parse()解析還原為對象后，才觸發(fā)message事件將消息傳遞給應(yīng)用層使用。在這個過程中，消息對象還要被進(jìn)行過濾處理，message.cmd的值如果以NODE_為前綴，它將響應(yīng)一個內(nèi)部事件internalMessage，如果message.cmd值為NODE_HANDLE,它將取出message.type值和得到的文件描述符一起還原出一個對應(yīng)的對象。

以發(fā)送的TCP服務(wù)器句柄為例，子進(jìn)程收到消息后的還原過程代碼如下:

 
 
 
 
  
  
  
  function(message,handle,emit){
  
  
  
      var self = this;
  
  
  
      
  
  
  
      var server = new net.Server();
  
  
  
      server.listen(handler,function(){
  
  
  
        emit(server);
  
  
  
      });
  
  
  
  }

這段還原代碼，子進(jìn)程根據(jù)message.type創(chuàng)建對應(yīng)的TCP服務(wù)器對象，然后監(jiān)聽到文件描述符上。由于底層細(xì)節(jié)不被應(yīng)用層感知，所以子進(jìn)程中，開發(fā)者會有一種服務(wù)器對象就是從父進(jìn)程中直接傳遞過來的錯覺。

Node進(jìn)程之間只有消息傳遞，不會真正的傳遞對象，這種錯覺是抽象封裝的結(jié)果。目前Node只支持我前面提到的幾種句柄，并非任意類型的句柄都能在進(jìn)程之間傳遞，除非它有完整的發(fā)送和還原的過程。

Node.js多進(jìn)程架構(gòu)模型

我們自己實現(xiàn)一個多進(jìn)程架構(gòu)守護(hù)Demo

編寫主進(jìn)程

master.js 主要處理以下邏輯：

創(chuàng)建一個 server 并監(jiān)聽 3000 端口。
根據(jù)系統(tǒng) cpus 開啟多個子進(jìn)程
通過子進(jìn)程對象的 send 方法發(fā)送消息到子進(jìn)程進(jìn)行通信
在主進(jìn)程中監(jiān)聽了子進(jìn)程的變化，如果是自殺信號重新啟動一個工作進(jìn)程。
主進(jìn)程在監(jiān)聽到退出消息的時候，先退出子進(jìn)程在退出主進(jìn)程

 
 
 
 
  
  
  
  // master.js
  
  
  
  const fork = require('child_process').fork;
  
  
  
  const cpus = require('os').cpus();
  
  
  
  
  
  
  
  const server = require('net').createServer();
  
  
  
  server.listen(3000);
  
  
  
  process.title = 'node-master'
  
  
  
  
  
  
  
  const workers = {};
  
  
  
  const createWorker = () => {
  
  
  
      const worker = fork('worker.js')
  
  
  
      worker.on('message', function (message) {
  
  
  
          if (message.act === 'suicide') {
  
  
  
              createWorker();
  
  
  
          }
  
  
  
      })
  
  
  
      worker.on('exit', function(code, signal) {
  
  
  
          console.log('worker process exited, code: %s signal: %s', code, signal);
  
  
  
          delete workers[worker.pid];
  
  
  
      });
  
  
  
      worker.send('server', server);
  
  
  
      workers[worker.pid] = worker;
  
  
  
      console.log('worker process created, pid: %s ppid: %s', worker.pid, process.pid);
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  for (let i=0; i
  
  
  
  
    createWorker();
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  process.once('SIGINT', close.bind(this, 'SIGINT')); // kill(2) Ctrl-C
  
  
  
  process.once('SIGQUIT', close.bind(this, 'SIGQUIT')); // kill(3) Ctrl-\
  
  
  
  process.once('SIGTERM', close.bind(this, 'SIGTERM')); // kill(15) default
  
  
  
  process.once('exit', close.bind(this));
  
  
  
  
  
  
  
  function close (code) {
  
  
  
      console.log('進(jìn)程退出！', code);
  
  
  
  
  
  
  
      if (code !== 0) {
  
  
  
          for (let pid in workers) {
  
  
  
              console.log('master process exited, kill worker pid: ', pid);
  
  
  
              workers[pid].kill('SIGINT');
  
  
  
          }
  
  
  
      }
  
  
  
  
  
  
  
      process.exit(0);
  
  
  
  }

工作進(jìn)程

worker.js 子進(jìn)程處理邏輯如下：

創(chuàng)建一個 server 對象，注意這里最開始并沒有監(jiān)聽 3000 端口
通過 message 事件接收主進(jìn)程 send 方法發(fā)送的消息
監(jiān)聽 uncaughtException 事件，捕獲未處理的異常，發(fā)送自殺信息由主進(jìn)程重建進(jìn)程，子進(jìn)程在鏈接關(guān)閉之后退出

 
 
 
 
  
  
  
  // worker.js
  
  
  
  const http = require('http');
  
  
  
  const server = http.createServer((req, res) => {
  
  
  
      res.writeHead(200, {
  
  
  
          'Content-Type': 'text/plan'
  
  
  
      });
  
  
  
      res.end('I am worker, pid: ' + process.pid + ', ppid: ' + process.ppid);
  
  
  
      throw new Error('worker process exception!'); // 測試異常進(jìn)程退出、重啟
  
  
  
  });
  
  
  
  
  
  
  
  let worker;
  
  
  
  process.title = 'node-worker'
  
  
  
  process.on('message', function (message, sendHandle) {
  
  
  
      if (message === 'server') {
  
  
  
          worker = sendHandle;
  
  
  
          worker.on('connection', function(socket) {
  
  
  
              server.emit('connection', socket);
  
  
  
          });
  
  
  
      }
  
  
  
  });
  
  
  
  
  
  
  
  process.on('uncaughtException', function (err) {
  
  
  
      console.log(err);
  
  
  
      process.send({act: 'suicide'});
  
  
  
      worker.close(function () {
  
  
  
          process.exit(1);
  
  
  
      })
  
  
  
  })

Node.js 進(jìn)程守護(hù)

什么是進(jìn)程守護(hù)?

每次啟動 Node.js 程序都需要在命令窗口輸入命令 node app.js 才能啟動，但如果把命令窗口關(guān)閉則Node.js 程序服務(wù)就會立刻斷掉。除此之外，當(dāng)我們這個 Node.js 服務(wù)意外崩潰了就不能自動重啟進(jìn)程了。這些現(xiàn)象都不是我們想要看到的，所以需要通過某些方式來守護(hù)這個開啟的進(jìn)程，執(zhí)行 node app.js 開啟一個服務(wù)進(jìn)程之后，我還可以在這個終端上做些別的事情，且不會相互影響。，當(dāng)出現(xiàn)問題可以自動重啟。

如何實現(xiàn)進(jìn)程守護(hù)

這里我只說一些第三方的進(jìn)程守護(hù)框架，pm2 和 forever ，它們都可以實現(xiàn)進(jìn)程守護(hù)，底層也都是通過上面講的 child_process 模塊和 cluster 模塊實現(xiàn)的，這里就不再提它們的原理。

pm2 指定生產(chǎn)環(huán)境啟動一個名為 test 的 node 服務(wù)

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

pm2常用api

pm2 stop Name/processID 停止某個服務(wù)，通過服務(wù)名稱或者服務(wù)進(jìn)程ID
pm2 delete Name/processID 刪除某個服務(wù)，通過服務(wù)名稱或者服務(wù)進(jìn)程ID
pm2 logs [Name] 查看日志，如果添加服務(wù)名稱，則指定查看某個服務(wù)的日志，不加則查看所有日志
pm2 start app.js -i 4 集群，-i 參數(shù)用來告訴PM2以cluster_mode的形式運(yùn)行你的app(對應(yīng)的叫fork_mode)，后面的數(shù)字表示要啟動的工作線程的數(shù)量。如果給定的數(shù)字為0，PM2則會根據(jù)你CPU核心的數(shù)量來生成對應(yīng)的工作線程。注意一般在生產(chǎn)環(huán)境使用cluster_mode模式，測試或者本地環(huán)境一般使用fork模式，方便測試到錯誤。
pm2 reload Name pm2 restart Name 應(yīng)用程序代碼有更新，可以用重載來加載新代碼，也可以用重啟來完成,reload可以做到0秒宕機(jī)加載新的代碼，restart則是重新啟動，生產(chǎn)環(huán)境中多用reload來完成代碼更新!
pm2 show Name 查看服務(wù)詳情
pm2 list 查看pm2中所有項目
pm2 monit用monit可以打開實時監(jiān)視器去查看資源占用情況

pm2 官網(wǎng)地址：

 
 
 
 
  
  
  
  http://pm2.keymetrics.io/docs...

forever 就不特殊說明了，官網(wǎng)地址

 
 
 
 
  
  
  
  https://github.com/foreverjs/...

注意：二者更推薦pm2，看一下二者對比就知道我為什么更推薦使用pm2了。https://www.jianshu.com/p/fdc...

linux 關(guān)閉一個進(jìn)程

查找與進(jìn)程相關(guān)的PID號

ps aux | grep server

說明:

 
 
 
 
  
  
  
  root 20158 0.0 5.0 1251592 95396 ? Sl 5月17 1:19 node /srv/mini-program-api/launch_pm2.js

上面是執(zhí)行命令后在linux中顯示的結(jié)果，第二個參數(shù)就是進(jìn)程對應(yīng)的PID

殺死進(jìn)程

以優(yōu)雅的方式結(jié)束進(jìn)程

kill -l PID

-l選項告訴kill命令用好像啟動進(jìn)程的用戶已注銷的方式結(jié)束進(jìn)程。

當(dāng)使用該選項時，kill命令也試圖殺死所留下的子進(jìn)程。

但這個命令也不是總能成功--或許仍然需要先手工殺死子進(jìn)程，然后再殺死父進(jìn)程。

kill 命令用于終止進(jìn)程

例如： kill -9 [PID]

-9 表示強(qiáng)迫進(jìn)程立即停止

這個強(qiáng)大和危險的命令迫使進(jìn)程在運(yùn)行時突然終止，進(jìn)程在結(jié)束后不能自我清理。

危害是導(dǎo)致系統(tǒng)資源無法正常釋放，一般不推薦使用，除非其他辦法都無效。

當(dāng)使用此命令時，一定要通過ps -ef確認(rèn)沒有剩下任何僵尸進(jìn)程。

只能通過終止父進(jìn)程來消除僵尸進(jìn)程。如果僵尸進(jìn)程被init收養(yǎng)，問題就比較嚴(yán)重了。

殺死init進(jìn)程意味著關(guān)閉系統(tǒng)。

如果系統(tǒng)中有僵尸進(jìn)程，并且其父進(jìn)程是init，

而且僵尸進(jìn)程占用了大量的系統(tǒng)資源，那么就需要在某個時候重啟機(jī)器以清除進(jìn)程表了。

killall命令

殺死同一進(jìn)程組內(nèi)的所有進(jìn)程。其允許指定要終止的進(jìn)程的名稱，而非PID。

killall httpd

Node.js 線程

Node.js關(guān)于單線程的誤區(qū)

 
 
 
 
  
  
  
  const http = require('http');
  
  
  
  
  
  
  
  const server = http.createServer();
  
  
  
  server.listen(3000,()=>{
  
  
  
      process.title='程序員成長指北測試進(jìn)程';
  
  
  
      console.log('進(jìn)程id',process.pid)
  
  
  
  })

仍然看本文第一段代碼，創(chuàng)建了http服務(wù)，開啟了一個進(jìn)程，都說了Node.js是單線程，所以 Node 啟動后線程數(shù)應(yīng)該為 1，但是為什么會開啟7個線程呢?難道Javascript不是單線程不知道小伙伴們有沒有這個疑問?

解釋一下這個原因：

Node 中最核心的是 v8 引擎，在 Node 啟動后，會創(chuàng)建 v8 的實例，這個實例是多線程的。

主線程：編譯、執(zhí)行代碼。
編譯/優(yōu)化線程：在主線程執(zhí)行的時候，可以優(yōu)化代碼。
分析器線程：記錄分析代碼運(yùn)行時間，為 Crankshaft 優(yōu)化代碼執(zhí)行提供依據(jù)。
垃圾回收的幾個線程。

所以大家常說的 Node 是單線程的指的是 JavaScript 的執(zhí)行是單線程的(開發(fā)者編寫的代碼運(yùn)行在單線程環(huán)境中)，但 Javascript 的宿主環(huán)境，無論是 Node 還是瀏覽器都是多線程的因為libuv中有線程池的概念存在的，libuv會通過類似線程池的實現(xiàn)來模擬不同操作系統(tǒng)的異步調(diào)用，這對開發(fā)者來說是不可見的。

某些異步 IO 會占用額外的線程

還是上面那個例子，我們在定時器執(zhí)行的同時，去讀一個文件：

 
 
 
 
  
  
  
  const fs = require('fs')
  
  
  
  setInterval(() => {
  
  
  
      console.log(new Date().getTime())
  
  
  
  }, 3000)
  
  
  
  
  
  
  
  fs.readFile('./index.html', () => {})

線程數(shù)量變成了 11 個，這是因為在 Node 中有一些 IO 操作(DNS，F(xiàn)S)和一些 CPU 密集計算(Zlib，Crypto)會啟用 Node 的線程池，而線程池默認(rèn)大小為 4，因為線程數(shù)變成了 11。

我們可以手動更改線程池默認(rèn)大?。?/p>

 
 
 
 
  
  
  
  process.env.UV_THREADPOOL_SIZE = 64

一行代碼輕松把線程變成 71。

Libuv

Libuv 是一個跨平臺的異步IO庫，它結(jié)合了UNIX下的libev和Windows下的IOCP的特性，最早由Node的作者開發(fā)，專門為Node提供多平臺下的異步IO支持。Libuv本身是由C++語言實現(xiàn)的，Node中的非蘇塞IO以及事件循環(huán)的底層機(jī)制都是由libuv實現(xiàn)的。

libuv架構(gòu)圖

在Window環(huán)境下，libuv直接使用Windows的IOCP來實現(xiàn)異步IO。在非Windows環(huán)境下，libuv使用多線程來模擬異步IO。

注意下面我要說的話，Node的異步調(diào)用是由libuv來支持的，以上面的讀取文件的例子，讀文件實質(zhì)的系統(tǒng)調(diào)用是由libuv來完成的，Node只是負(fù)責(zé)調(diào)用libuv的接口，等數(shù)據(jù)返回后再執(zhí)行對應(yīng)的回調(diào)方法。

Node.js 線程創(chuàng)建

直到 Node 10.5.0 的發(fā)布，官方才給出了一個實驗性質(zhì)的模塊 worker_threads 給 Node 提供真正的多線程能力。

先看下簡單的 demo：

 
 
 
 
  
  
  
  const {
  
  
  
    isMainThread,
  
  
  
    parentPort,
  
  
  
    workerData,
  
  
  
    threadId,
  
  
  
    MessageChannel,
  
  
  
    MessagePort,
  
  
  
    Worker
  
  
  
  } = require('worker_threads');
  
  
  
  
  
  
  
  function mainThread() {
  
  
  
    for (let i = 0; i < 5; i++) {
  
  
  
      const worker = new Worker(__filename, { workerData: i });
  
  
  
      worker.on('exit', code => { console.log(`main: worker stopped with exit code ${code}`); });
  
  
  
      worker.on('message', msg => {
  
  
  
        console.log(`main: receive ${msg}`);
  
  
  
        worker.postMessage(msg + 1);
  
  
  
      });
  
  
  
    }
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  function workerThread() {
  
  
  
    console.log(`worker: workerDate ${workerData}`);
  
  
  
    parentPort.on('message', msg => {
  
  
  
      console.log(`worker: receive ${msg}`);
  
  
  
    }),
  
  
  
    parentPort.postMessage(workerData);
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  if (isMainThread) {
  
  
  
    mainThread();
  
  
  
  } else {
  
  
  
    workerThread();
  
  
  
  }

上述代碼在主線程中開啟五個子線程，并且主線程向子線程發(fā)送簡單的消息。

由于 worker_thread 目前仍然處于實驗階段，所以啟動時需要增加 --experimental-worker flag，運(yùn)行后觀察活動監(jiān)視器，開啟了5個子線程

worker_thread 模塊

worker_thread 核心代碼(地址https://github.com/nodejs/nod...)

worker_thread 模塊中有 4 個對象和 2 個類，可以自己去看上面的源碼。

isMainThread: 是否是主線程，源碼中是通過 threadId === 0 進(jìn)行判斷的。
MessagePort: 用于線程之間的通信，繼承自 EventEmitter。
MessageChannel: 用于創(chuàng)建異步、雙向通信的通道實例。
threadId: 線程 ID。
Worker: 用于在主線程中創(chuàng)建子線程。第一個參數(shù)為 filename，表示子線程執(zhí)行的入口。
parentPort: 在 worker 線程里是表示父進(jìn)程的 MessagePort 類型的對象，在主線程里為 null
workerData: 用于在主進(jìn)程中向子進(jìn)程傳遞數(shù)據(jù)(data 副本)

總結(jié)

多進(jìn)程 vs 多線程

對比一下多線程與多進(jìn)程：

網(wǎng)站欄目：深入理解Node.js進(jìn)程與線程(8000字長文徹底搞懂)
鏈接分享：http://fisionsoft.com.cn/article/dhhsigh.html

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