Nodejs中多線程的操作方法

這篇文章主要介紹“Nodejs中多線程的操作方法”，在日常操作中，相信很多人在Nodejs中多線程的操作方法問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”Nodejs中多線程的操作方法”的疑惑有所幫助！接下來，請(qǐng)跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

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本文測(cè)試使用環(huán)境：
系統(tǒng)：macOS Mojave 10.14.2
CPU：4 核 2.3 GHz
Node: 10.15.1

從 Node 線程說起

一般人理解 Node 是單線程的，所以 Node 啟動(dòng)后線程數(shù)應(yīng)該為 1，我們做實(shí)驗(yàn)看一下?！就扑]學(xué)習(xí)：《nodejs 教程》】

setInterval(() => {
  console.log(new Date().getTime())
}, 3000)

可以看到 Node 進(jìn)程占用了 7 個(gè)線程。為什么會(huì)有 7 個(gè)線程呢？

我們都知道，Node 中最核心的是 v8 引擎，在 Node 啟動(dòng)后，會(huì)創(chuàng)建 v8 的實(shí)例，這個(gè)實(shí)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(shí)候，可以優(yōu)化代碼。

• 分析器線程：記錄分析代碼運(yùn)行時(shí)間，為 Crankshaft 優(yōu)化代碼執(zhí)行提供依據(jù)。

• 垃圾回收的幾個(gè)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，但 Javascript 的宿主環(huán)境，無論是 Node 還是瀏覽器都是多線程的。

Node 有兩個(gè)編譯器：
full-codegen：簡(jiǎn)單快速地將 js 編譯成簡(jiǎn)單但是很慢的機(jī)械碼。
Crankshaft：比較復(fù)雜的實(shí)時(shí)優(yōu)化編譯器，編譯高性能的可執(zhí)行代碼。

某些異步 IO 會(huì)占用額外的線程

還是上面那個(gè)例子，我們?cè)诙〞r(shí)器執(zhí)行的同時(shí)，去讀一個(gè)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(gè)，這是因?yàn)樵?Node 中有一些 IO 操作（DNS，F(xiàn)S）和一些 CPU 密集計(jì)算（Zlib，Crypto）會(huì)啟用 Node 的線程池，而線程池默認(rèn)大小為 4，因?yàn)榫€程數(shù)變成了 11。

我們可以手動(dòng)更改線程池默認(rèn)大小：

process.env.UV_THREADPOOL_SIZE = 64

一行代碼輕松把線程變成 71。

cluster 是多線程嗎？

Node 的單線程也帶來了一些問題，比如對(duì) cpu 利用不足，某個(gè)未捕獲的異?？赡軙?huì)導(dǎo)致整個(gè)程序的退出等等。因?yàn)?Node 中提供了 cluster 模塊，cluster 實(shí)現(xiàn)了對(duì) child_process 的封裝，通過 fork 方法創(chuàng)建子進(jìn)程的方式實(shí)現(xiàn)了多進(jìn)程模型。比如我們最常用到的 pm2 就是其中最優(yōu)秀的代表。

我們看一個(gè) cluster 的 demo：

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

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`主進(jìn)程 ${process.pid} 正在運(yùn)行`);
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`工作進(jìn)程 ${worker.process.pid} 已退出`);
  });
} else {
  // 工作進(jìn)程可以共享任何 TCP 連接。
  // 在本例子中，共享的是 HTTP 服務(wù)器。
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Hello World');
  }).listen(8000);
  console.log(`工作進(jìn)程 ${process.pid} 已啟動(dòng)`);
}

這個(gè)時(shí)候看下活動(dòng)監(jiān)視器：

一共有 9 個(gè)進(jìn)程，其中一個(gè)主進(jìn)程，cpu 個(gè)數(shù) x cpu 核數(shù) = 2 x 4 = 8 個(gè) 子進(jìn)程。

所以無論 child_process 還是 cluster，都不是多線程模型，而是多進(jìn)程模型。雖然開發(fā)者意識(shí)到了單線程模型的問題，但是沒有從根本上解決問題，而且提供了一個(gè)多進(jìn)程的方式來模擬多線程。從前面的實(shí)驗(yàn)可以看出，雖然 Node （V8）本身是具有多線程的能力的，但是開發(fā)者并不能很好的利用這個(gè)能力，更多的是由 Node 底層提供的一些方式來使用多線程。Node 官方說：

You can use the built-in Node Worker Pool by developing a C++ addon. On older versions of Node, build your C++ addon using NAN, and on newer versions use N-API. node-webworker-threads offers a JavaScript-only way to access Node’s Worker Pool.

但是對(duì)于 JavaScript 開發(fā)者，一直沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、好用的方式來使用 Node 的多線程能力。

真 - Node 多線程

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

先看下簡(jiǎn)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(gè)子線程，并且主線程向子線程發(fā)送簡(jiǎn)單的消息。

由于 worker_thread 目前仍然處于實(shí)驗(yàn)階段，所以啟動(dòng)時(shí)需要增加 --experimental-worker flag，運(yùn)行后觀察活動(dòng)監(jiān)視器：

不多不少，正好多了五個(gè)子線程。

worker_thread 模塊

worker_thread 核心代碼

worker_thread 模塊中有 4 個(gè)對(duì)象和 2 個(gè)類。

• 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(shí)例。

• threadId: 線程 ID。

• Worker: 用于在主線程中創(chuàng)建子線程。第一個(gè)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(duì)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）

來看一個(gè)進(jìn)程通信的例子：

const assert = require('assert');
const {
  Worker,
  MessageChannel,
  MessagePort,
  isMainThread,
  parentPort
} = require('worker_threads');
if (isMainThread) {
  const worker = new Worker(__filename);
  const subChannel = new MessageChannel();
  worker.postMessage({ hereIsYourPort: subChannel.port1 }, [subChannel.port1]);
  subChannel.port2.on('message', (value) => {
    console.log('received:', value);
  });
} else {
  parentPort.once('message', (value) => {
    assert(value.hereIsYourPort instanceof MessagePort);
    value.hereIsYourPort.postMessage('the worker is sending this');
    value.hereIsYourPort.close();
  });
}

更多詳細(xì)用法可以查看官方文檔。

多進(jìn)程 vs 多線程

根據(jù)大學(xué)課本上的說法：“進(jìn)程是資源分配的最小單位，線程是CPU調(diào)度的最小單位”，這句話應(yīng)付考試就夠了，但是在實(shí)際工作中，我們還是要根據(jù)需求合理選擇。

下面對(duì)比一下多線程與多進(jìn)程：

屬性	多進(jìn)程	多線程	比較
數(shù)據(jù)	數(shù)據(jù)共享復(fù)雜，需要用IPC；數(shù)據(jù)是分開的，同步簡(jiǎn)單	因?yàn)楣蚕磉M(jìn)程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享簡(jiǎn)單，同步復(fù)雜	各有千秋
CPU、內(nèi)存	占用內(nèi)存多，切換復(fù)雜，CPU利用率低	占用內(nèi)存少，切換簡(jiǎn)單，CPU利用率高	多線程更好
銷毀、切換	創(chuàng)建銷毀、切換復(fù)雜，速度慢	創(chuàng)建銷毀、切換簡(jiǎn)單，速度很快	多線程更好
coding	編碼簡(jiǎn)單、調(diào)試方便	編碼、調(diào)試復(fù)雜	多進(jìn)程更好
可靠性	進(jìn)程獨(dú)立運(yùn)行，不會(huì)相互影響	線程同呼吸共命運(yùn)	多進(jìn)程更好
分布式	可用于多機(jī)多核分布式，易于擴(kuò)展	只能用于多核分布式	多進(jìn)程更好

上述比較僅表示一般情況，并不絕對(duì)。

work_thread 讓 Node 有了真正的多線程能力，算是不小的進(jìn)步。

到此，關(guān)于“Nodejs中多線程的操作方法”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！

網(wǎng)站題目：Nodejs中多線程的操作方法
URL標(biāo)題：http://bm7419.com/article44/geepee.html

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