摘要：進(jìn)程間通信的目的是為了讓不同的進(jìn)程能夠互相訪問資源，并進(jìn)程協(xié)調(diào)工作。這個過程的示意圖如下端口共同監(jiān)聽集群穩(wěn)定之路進(jìn)程事件自動重啟負(fù)載均衡狀態(tài)共享模塊工作原理事件二測試單元測試性能測試三產(chǎn)品化項目工程化部署流程性能日志監(jiān)控報警穩(wěn)定性異構(gòu)共存

9.玩轉(zhuǎn)進(jìn)程
10.測試
11.產(chǎn)品化

node的單線程只不過是js層面的單線程，是基于V8引擎的單線程，因為，V8的緣故，前后端的js執(zhí)行模型基本上是類似的，但是node的內(nèi)核機(jī)制依然是通過libuv調(diào)用epoll或者IOCP的多線程機(jī)制。換句話說，node從嚴(yán)格意義上講，并非是真正的單線程架構(gòu)，node內(nèi)核自身有一定的IO線程和IO線程池，通過libuv的調(diào)度，直接使用了操作系統(tǒng)層面的多線程。node的開發(fā)者，可以通過擴(kuò)展c/c++模塊來直接操縱多線程來提高效率。不過，單線程帶來的好處是程序狀態(tài)單一，沒有鎖、線程同步、線程上下文切換等問題。但是單線程的程序，并非是完美的。現(xiàn)在的服務(wù)器很多都是多cpu，多cpu核心的，一個node實例只能利用一個cpu核心，那么其他的cpu核心不就浪費(fèi)了嗎？并且，單線程的容錯也很弱，一旦拋出了沒有捕獲的異常，必將引起整個程序的崩潰，那這樣的程序必然是非常脆弱的，這樣的服務(wù)器端語言又有什么價值呢？

兩個問題：

如何讓node充分利用多核cpu服務(wù)器？

如何保證node進(jìn)程的健壯性和穩(wěn)定性？

經(jīng)歷了同步(qps為1/n)、復(fù)制進(jìn)程（預(yù)先賦值一定數(shù)量的進(jìn)程，prefork，但是，一旦用超了，還是跟同步的服務(wù)器一樣，qps為m/n）、多線程(qps為M*L/N，這種模型，當(dāng)并發(fā)上萬后，內(nèi)存耗用的問題將會暴露出來也就是C10k問題，apache就是采用了這樣的多線程、多進(jìn)程架構(gòu))和事件驅(qū)動等幾個不同的模型。

面對單進(jìn)程單線程對多核使用不足的問題，前人的經(jīng)驗是啟動多個進(jìn)程，理想狀態(tài)下，每個進(jìn)程各自利用一個cpu，以此實現(xiàn)多核cpu的利用。node提供了child_process模塊，并提供了child_process.fork()函數(shù)來實現(xiàn)進(jìn)程的復(fù)制。

//node worker.js
var http = require("http");
http.createServer(function (req, res) {
   res.writeHead(200, {"Content-Type": "text/plain"});
   res.end("Hello World
");
}).listen(Math.round((1 + Math.random()) * 1000), "127.0.0.1");

//node master.js
var fork = require("child_process").fork;
var cpus = require("os").cpus();
for (var i = 0; i < cpus.length; i++) {
fork("./worker.js");
}

這兩段代碼會根據(jù)當(dāng)前機(jī)器上的cpu數(shù)量，復(fù)制出對應(yīng)node進(jìn)程數(shù)，在*nix下，可以通過ps aux | grep worker.js查看到進(jìn)程的數(shù)量。
這就是主從架構(gòu)了，在這里存在兩個進(jìn)程，master是主進(jìn)程、worker是工作進(jìn)程。這是典型的分布式架構(gòu)用于并行業(yè)務(wù)處理的模式，具有較好的可伸縮性和穩(wěn)定性。主進(jìn)程不負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)處理，只負(fù)責(zé)調(diào)度和管理工作進(jìn)程，因此主進(jìn)程是相對于穩(wěn)定和簡單的，工作進(jìn)程負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)處理，因為，業(yè)務(wù)多種多樣，所以，工作進(jìn)程的穩(wěn)定性，是我們需要考慮的。

通過fork復(fù)制的進(jìn)程都是獨(dú)立的，每個進(jìn)程都有著獨(dú)立而全新的v8實例，因此，需要至少30毫秒的啟動時間和10mb左右的內(nèi)存，但是，我們要記得fork進(jìn)程是昂貴的，好在node在事件驅(qū)動的方式上，實現(xiàn)了單線程解決大并發(fā)的問題，這里啟動多個進(jìn)程只是為了充分將cpu資源利用起來，而不是為了解決并發(fā)的問題。

1).創(chuàng)建子進(jìn)程

child_process模塊給予了node隨意創(chuàng)建子進(jìn)程（child_process）的能力，它提供了4個方法用于創(chuàng)建子進(jìn)程。

spawn():啟動一個子進(jìn)程來執(zhí)行命令

exec()：啟動一個子進(jìn)程來執(zhí)行命令，與spawn()不同的是使用了不同的接口，它有一個回調(diào)函數(shù)獲知子進(jìn)程的狀況。

execFile()：啟動一個子進(jìn)程來執(zhí)行可執(zhí)行文件

fork()：與spawn()類似，不同點(diǎn)在于，它創(chuàng)建node的子進(jìn)程只需要指定要執(zhí)行的js文件模塊即可。

spawn()與exec()、execFile()不同的是，后兩者創(chuàng)建時可指定timeout屬性，設(shè)置超時時間，一旦創(chuàng)建的進(jìn)程運(yùn)行超過設(shè)定的時間進(jìn)程將會被殺死。
exec()與execFile()不同的是，exec()適合執(zhí)行已有的命令，execFile()適合執(zhí)行文件。這里我們一node worker.js為例，來分別實現(xiàn)上述的4中方法

var cp = require("child_process");
cp.spawn("node", ["worker.js"]);
cp.exec("node worker.js", function (err, stdout, stderr) {
// some code
});
cp.execFile("worker.js", function (err, stdout, stderr) {
// some code
});
cp.fork("./worker.js");

以上四個方法在創(chuàng)建子進(jìn)程后，均會返回子進(jìn)程對象，他們的差別如下：

這里的可執(zhí)行文件是指直接可以執(zhí)行的，也就是*.exe或者.sh，如果是js文件，通過execFile()運(yùn)行，那么這個文件的首行必須添加環(huán)境變量：#!/usr/bin/env node，盡管4種創(chuàng)建子進(jìn)程的方式存在差別，但是事實上后面3種方法都是spawn()的延伸應(yīng)用。

2)進(jìn)程間通信
主線程與工作線程之間通過onmessage()和postMessage()進(jìn)程通信，子進(jìn)程對象則由send()方法實現(xiàn)主進(jìn)程向子進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)，message事件實現(xiàn)收聽子進(jìn)程發(fā)來的數(shù)據(jù)，與api在一定程度上相似。通過消息傳遞，而不是共享或直接操縱相關(guān)資源，這是較為輕量和無依賴的做法。

// parent.js
var cp = require("child_process");
var n = cp.fork(__dirname + "/sub.js");
n.on("message", function (m) {
    console.log("PARENT got message:", m);
});
n.send({ hello: "world" });
// sub.js
process.on("message", function (m) {
    console.log("CHILD got message:", m);
});
process.send({ foo: "bar" });

通過fork()或其他api創(chuàng)建子進(jìn)程后，為了實現(xiàn)父子進(jìn)程之間的通信，父進(jìn)程與子進(jìn)程之間將會創(chuàng)建IPC通道，通過IPC通道，父子進(jìn)程之間才能通過message和send()傳遞消息。

進(jìn)程間通信原理

PC的全稱是Inter-Process Communication，即進(jìn)程間通信。進(jìn)程間通信的目的是為了讓不同的進(jìn)程能夠互相訪問資源，并進(jìn)程協(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、Domain Socket等，node中實現(xiàn)IPC通道的是管道技術(shù)（pipe）。

在node中管道是個抽象層面的稱呼，具體細(xì)節(jié)實現(xiàn)由libuv提供，在win下是命名管道（named pipe）實現(xiàn)，在*nix下，采用unix Domain Socket來實現(xiàn)。

但是，具體在應(yīng)用層面只是簡單的message事件和send()方法，接口十分簡潔和消息化。

父進(jìn)程在實際創(chuàng)建子進(jìn)程前，會創(chuàng)建IPC通道并監(jiān)聽它，然后才真正創(chuàng)建出子進(jìn)程，并通過環(huán)境變量（NODE_CHANNEL_FD）告訴子進(jìn)程這個IPC通信的文件描述符。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。

建立連接之后的父子進(jìn)程就可以自由的通信了，由于IPC通道是用命名管道或者Domain Socket創(chuàng)建的，他們與網(wǎng)絡(luò)socket的行為比較類似，屬于雙向通道。不同的是他們在系統(tǒng)內(nèi)核中就完了進(jìn)程間的通信，而不經(jīng)過實際的網(wǎng)絡(luò)層，非常高效。在node中，IPC通道被抽象為stream對象，在調(diào)用send()時發(fā)送數(shù)據(jù)（類似于write()），接收到的消息會通過message事件（類似于data）觸發(fā)給應(yīng)用層。

注意：只有啟動的子進(jìn)程是node進(jìn)程是，子進(jìn)程才會根據(jù)環(huán)境變量去連接IPC通道，對于其他類型的子進(jìn)程則無法自動實現(xiàn)進(jìn)程間通信，需要讓其他進(jìn)程也按照約定去連接這個已經(jīng)創(chuàng)建好的IPC通道才行。

3)句柄傳遞

進(jìn)程間發(fā)送句柄的功能，send()方法除了能夠通過IPC發(fā)送數(shù)據(jù)外還能發(fā)送句柄，第二個可選參數(shù)就是句柄:

child.send(message, [sendHandle])

句柄是一種可以用來標(biāo)識資源的引用，它的內(nèi)部包含了指向?qū)ο蟮奈募枋龇?。因此，句柄可以用來?biāo)識一個服務(wù)端的socket對象、一個客戶端的socket對象、一個udp套接字、一個管道等。
這個句柄就解決了一個問題，我們可以去掉代理方案，在主進(jìn)程接收到socket請求后，將這個socket直接發(fā)送給工作進(jìn)程，而不重新與工作進(jìn)程之間建立新的socket連接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。我們來看一下代碼實現(xiàn)：

主進(jìn)程發(fā)送完句柄，并關(guān)閉監(jiān)聽之后，就變成了如下結(jié)構(gòu)：

這樣，就可以實現(xiàn)多個子進(jìn)程可以同時監(jiān)聽相同端口，再沒有EADDRINUSE的異常發(fā)生。

1.句柄發(fā)送與還原
子進(jìn)程對象send()方法可以發(fā)送的句柄類型包括如下幾種：

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)都可以享受到它帶來的好處。

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()方法在將消息發(fā)送到IPC管道前，將消息組裝成兩個對象，一個參數(shù)是handle，另一個是message

//message參數(shù)
{
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，文件描述符實際上是一個整數(shù)值，這個message對象在寫入到IPC通道時，也會通過JSON.stringify()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)送任意對象。
連接了IPC通道的子進(jìn)程可以讀取到父進(jìn)程發(fā)來的消息，將字符串通過JSON.parse()解析還原為對象后，才出發(fā)message事件將消息體傳遞給應(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的值和得到的文件描述符一起還原出一個對應(yīng)的對象。這個過程的示意圖如下：

2.端口共同監(jiān)聽

1）進(jìn)程事件
2）自動重啟
3）負(fù)載均衡
4）狀態(tài)共享

1）Cluster工作原理
2）Cluster事件