Node.js child_process模塊解讀

baiy 發(fā)布于2019-08-26 11:56 / 1029人閱讀

摘要：而且方式創(chuàng)建的子進(jìn)程與父進(jìn)程之間建立了通信管道，因此子進(jìn)程和父進(jìn)程之間可以通過的方式發(fā)送消息。與事件的回調(diào)函數(shù)有兩個參數(shù)和，代碼子進(jìn)程最終的退出碼，如果子進(jìn)程是由于接收到信號終止的話，會記錄子進(jìn)程接受的值。

在介紹child_process模塊之前，先來看一個下面的代碼。

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") {
    const sum = longComputation();
    return res.end(`Sum is ${sum}`);
  } else {
    res.end("Ok")
  }
});

server.listen(3000);

可以試一下使用上面的代碼啟動Node.js服務(wù)，然后打開兩個瀏覽器選項卡分別訪問/compute和/，可以發(fā)現(xiàn)node服務(wù)接收到/compute請求時會進(jìn)行大量的數(shù)值計算，導(dǎo)致無法響應(yīng)其他的請求（/）。

在Java語言中可以通過多線程的方式來解決上述的問題，但是Node.js在代碼執(zhí)行的時候是單線程的，那么Node.js應(yīng)該如何解決上面的問題呢？其實(shí)Node.js可以創(chuàng)建一個子進(jìn)程執(zhí)行密集的cpu計算任務(wù)（例如上面例子中的longComputation）來解決問題，而child_process模塊正是用來創(chuàng)建子進(jìn)程的。

創(chuàng)建子進(jìn)程的方式

child_process提供了幾種創(chuàng)建子進(jìn)程的方式

異步方式：spawn、exec、execFile、fork

同步方式：spawnSync、execSync、execFileSync

首先介紹一下spawn方法

child_process.spawn(command[, args][, options])

command： 要執(zhí)行的指令
args：    傳遞參數(shù)
options： 配置項

const { spawn } = require("child_process");
const child = spawn("pwd");

pwd是shell的命令，用于獲取當(dāng)前的目錄，上面的代碼執(zhí)行完控制臺并沒有任何的信息輸出，這是為什么呢？

控制臺之所以不能看到輸出信息的原因是由于子進(jìn)程有自己的stdio流（stdin、stdout、stderr），控制臺的輸出是與當(dāng)前進(jìn)程的stdio綁定的，因此如果希望看到輸出信息，可以通過在子進(jìn)程的stdout 與當(dāng)前進(jìn)程的stdout之間建立管道實(shí)現(xiàn)

child.stdout.pipe(process.stdout);

也可以監(jiān)聽事件的方式（子進(jìn)程的stdio流都是實(shí)現(xiàn)了EventEmitter API的，所以可以添加事件監(jiān)聽）

child.stdout.on("data", function(data) {
  process.stdout.write(data);
});

在Node.js代碼里使用的console.log其實(shí)底層依賴的就是process.stdout

除了建立管道之外，還可以通過子進(jìn)程和當(dāng)前進(jìn)程共用stdio的方式來實(shí)現(xiàn)

const { spawn } = require("child_process");
const child = spawn("pwd", {
  stdio: "inherit"
});

stdio選項用于配置父進(jìn)程和子進(jìn)程之間建立的管道，由于stdio管道有三個(stdin, stdout, stderr）因此stdio的三個可能的值其實(shí)是數(shù)組的一種簡寫

pipe 相當(dāng)于["pipe", "pipe", "pipe"]（默認(rèn)值）

ignore 相當(dāng)于["ignore", "ignore", "ignore"]

inherit 相當(dāng)于[process.stdin, process.stdout, process.stderr]

由于inherit方式使得子進(jìn)程直接使用父進(jìn)程的stdio，因此可以看到輸出

ignore用于忽略子進(jìn)程的輸出（將/dev/null指定為子進(jìn)程的文件描述符了），因此當(dāng)ignore時child.stdout是null。

spawn默認(rèn)情況下并不會創(chuàng)建子shell來執(zhí)行命令，因此下面的代碼會報錯

const { spawn } = require("child_process");
const child = spawn("ls -l");
child.stdout.pipe(process.stdout);

// 報錯
events.js:167
      throw er; // Unhandled "error" event
      ^

Error: spawn ls -l ENOENT
    at Process.ChildProcess._handle.onexit (internal/child_process.js:229:19)
    at onErrorNT (internal/child_process.js:406:16)
    at process._tickCallback (internal/process/next_tick.js:63:19)
    at Function.Module.runMain (internal/modules/cjs/loader.js:746:11)
    at startup (internal/bootstrap/node.js:238:19)
    at bootstrapNodeJSCore (internal/bootstrap/node.js:572:3)
Emitted "error" event at:
    at Process.ChildProcess._handle.onexit (internal/child_process.js:235:12)
    at onErrorNT (internal/child_process.js:406:16)
    [... lines matching original stack trace ...]
    at bootstrapNodeJSCore (internal/bootstrap/node.js:572:3)

如果需要傳遞參數(shù)的話，應(yīng)該采用數(shù)組的方式傳入

const { spawn } = require("child_process");
const child = spawn("ls", ["-l"]);
child.stdout.pipe(process.stdout);

如果要執(zhí)行ls -l | wc -l命令的話可以采用創(chuàng)建兩個spawn命令的方式

const { spawn } = require("child_process");
const child = spawn("ls", ["-l"]);
const child2 = spawn("wc", ["-l"]);
child.stdout.pipe(child2.stdin);
child2.stdout.pipe(process.stdout);

也可以使用exec

const { exec } = require("child_process");
exec("ls -l | wc -l", function(err, stdout, stderr) {
  console.log(stdout);
});

由于exec會創(chuàng)建子shell，所以可以直接執(zhí)行shell管道命令。spawn采用流的方式來輸出命令的執(zhí)行結(jié)果，而exec也是將命令的執(zhí)行結(jié)果緩存起來統(tǒng)一放在回調(diào)函數(shù)的參數(shù)里面，因此exec只適用于命令執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)小的情況。

其實(shí)spawn也可以通過配置shell option的方式來創(chuàng)建子shell進(jìn)而支持管道命令，如下所示

const { spawn, execFile } = require("child_process");
const child = spawn("ls -l | wc -l", {
  shell: true
});
child.stdout.pipe(process.stdout);

配置項除了stdio、shell之外還有cwd、env、detached等常用的選項

cwd用于修改命令的執(zhí)行目錄

const { spawn, execFile, fork } = require("child_process");
const child = spawn("ls -l | wc -l", {
  shell: true,
  cwd: "/usr"
});
child.stdout.pipe(process.stdout);

env用于指定子進(jìn)程的環(huán)境變量（如果不指定的話，默認(rèn)獲取當(dāng)前進(jìn)程的環(huán)境變量）

const { spawn, execFile, fork } = require("child_process");
const child = spawn("echo $NODE_ENV", {
  shell: true,
  cwd: "/usr"
});
child.stdout.pipe(process.stdout);
NODE_ENV=randal node b.js

// 輸出結(jié)果
randal

如果指定env的話就會覆蓋掉默認(rèn)的環(huán)境變量，如下

const { spawn, execFile, fork } = require("child_process");
spawn("echo $NODE_TEST $NODE_ENV", {
  shell: true,
  stdio: "inherit",
  cwd: "/usr",
  env: {
    NODE_TEST: "randal-env"
  }
});

NODE_ENV=randal node b.js

// 輸出結(jié)果
randal

detached用于將子進(jìn)程與父進(jìn)程斷開連接

例如假設(shè)存在一個長時間運(yùn)行的子進(jìn)程

// timer.js
while(true) {

}

但是主進(jìn)程并不需要長時間運(yùn)行的話就可以用detached來斷開二者之間的連接

const { spawn, execFile, fork } = require("child_process");
const child = spawn("node", ["timer.js"], {
  detached: true,
  stdio: "ignore"
});
child.unref();

當(dāng)調(diào)用子進(jìn)程的unref方法時，同時配置子進(jìn)程的stdio為ignore時，父進(jìn)程就可以獨(dú)立退出了

execFile與exec不同，execFile通常用于執(zhí)行文件，而且并不會創(chuàng)建子shell環(huán)境

fork方法是spawn方法的一個特例，fork用于執(zhí)行js文件創(chuàng)建Node.js子進(jìn)程。而且fork方式創(chuàng)建的子進(jìn)程與父進(jìn)程之間建立了IPC通信管道，因此子進(jìn)程和父進(jìn)程之間可以通過send的方式發(fā)送消息。

注意：fork方式創(chuàng)建的子進(jìn)程與父進(jìn)程是完全獨(dú)立的，它擁有多帶帶的內(nèi)存，多帶帶的V8實(shí)例，因此并不推薦創(chuàng)建很多的Node.js子進(jìn)程

fork方式的父子進(jìn)程之間的通信參照下面的例子

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: "world" });

child.js

process.on("message", (msg) => {
  console.log("Message from parent:", msg);
});

let counter = 0;

setInterval(() => {
  process.send({ counter: counter++ });
}, 1000);

node parent.js

// 輸出結(jié)果
Message from parent: { hello: "world" }
Message from child { counter: 0 }
Message from child { counter: 1 }
Message from child { counter: 2 }
Message from child { counter: 3 }
Message from child { counter: 4 }
Message from child { counter: 5 }
Message from child { counter: 6 }

回到本文初的那個問題，我們就可以將密集計算的邏輯放到多帶帶的js文件中，然后再通過fork的方式來計算，等計算完成時再通知主進(jìn)程計算結(jié)果，這樣避免主進(jìn)程繁忙的情況了。

compute.js

const longComputation = () => {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 1e10; i++) {
    sum += i;
  };
  return sum;
};

process.on("message", (msg) => {
  const sum = longComputation();
  process.send(sum);
});

index.js

const http = require("http");
const { fork } = require("child_process");

const server = http.createServer();

server.on("request", (req, res) => {
  if (req.url === "/compute") {
    const compute = fork("compute.js");
    compute.send("start");
    compute.on("message", sum => {
      res.end(`Sum is ${sum}`);
    });
  } else {
    res.end("Ok")
  }
});

server.listen(3000);

監(jiān)聽進(jìn)程事件

通過前述幾種方式創(chuàng)建的子進(jìn)程都實(shí)現(xiàn)了EventEmitter，因此可以針對進(jìn)程進(jìn)行事件監(jiān)聽

常用的事件包括幾種：close、exit、error、message

close事件當(dāng)子進(jìn)程的stdio流關(guān)閉的時候才會觸發(fā)，并不是子進(jìn)程exit的時候close事件就一定會觸發(fā)，因?yàn)槎鄠€子進(jìn)程可以共用相同的stdio。

close與exit事件的回調(diào)函數(shù)有兩個參數(shù)code和signal，code代碼子進(jìn)程最終的退出碼，如果子進(jìn)程是由于接收到signal信號終止的話，signal會記錄子進(jìn)程接受的signal值。

先看一個正常退出的例子

const { spawn, exec, execFile, fork } = require("child_process");
const child = exec("ls -l", {
  timeout: 300
});
child.on("exit", function(code, signal) {
  console.log(code);
  console.log(signal);
});

// 輸出結(jié)果
0
null

再看一個因?yàn)榻邮盏絪ignal而終止的例子，應(yīng)用之前的timer文件，使用exec執(zhí)行的時候并指定timeout

const { spawn, exec, execFile, fork } = require("child_process");
const child = exec("node timer.js", {
  timeout: 300
});
child.on("exit", function(code, signal) {
  console.log(code);
  console.log(signal);
});
// 輸出結(jié)果
null
SIGTERM

注意：由于timeout超時的時候error事件并不會觸發(fā)，并且當(dāng)error事件觸發(fā)時exit事件并不一定會被觸發(fā)

error事件的觸發(fā)條件有以下幾種：

無法創(chuàng)建進(jìn)程

無法結(jié)束進(jìn)程

給進(jìn)程發(fā)送消息失敗

注意當(dāng)代碼執(zhí)行出錯的時候，error事件并不會觸發(fā)，exit事件會觸發(fā)，code為非0的異常退出碼

const { spawn, exec, execFile, fork } = require("child_process");
const child = exec("ls -l /usrs");
child.on("error", function(code, signal) {
  console.log(code);
  console.log(signal);
});
child.on("exit", function(code, signal) {
  console.log("exit");
  console.log(code);
  console.log(signal);
});

// 輸出結(jié)果
exit
1
null

message事件適用于父子進(jìn)程之間建立IPC通信管道的時候的信息傳遞，傳遞的過程中會經(jīng)歷序列化與反序列化的步驟，因此最終接收到的并不一定與發(fā)送的數(shù)據(jù)相一致。

sub.js

process.send({ foo: "bar", baz: NaN });

const cp = require("child_process");
const n = cp.fork(`${__dirname}/sub.js`);

n.on("message", (m) => {
  console.log("got message:", m);   // got message: { foo: "bar", baz: null }
});

關(guān)于message有一種特殊情況要注意，下面的message并不會被子進(jìn)程接收到

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

const forked = fork("child.js");

forked.send({
  cmd: "NODE_foo",
  hello: "world"
});

當(dāng)發(fā)送的消息里面包含cmd屬性，并且屬性的值是以NODE_開頭的話，這樣的消息是提供給Node.js本身保留使用的，因此并不會發(fā)出message事件，而是會發(fā)出internalMessage事件，開發(fā)者應(yīng)該避免這種類型的消息，并且應(yīng)當(dāng)避免監(jiān)聽internalMessage事件。

message除了發(fā)送字符串、object之外還支持發(fā)送server對象和socket對象，正因?yàn)橹С謘ocket對象才可以做到多個Node.js進(jìn)程監(jiān)聽相同的端口號。

未完待續(xù)......

參考資料

https://medium.freecodecamp.o...

https://nodejs.org/dist/lates...

云服務(wù)器 GPU云服務(wù)器 child_process node js Node.js node.js 騰訊

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