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Koa开发：Node服务中非常重要的概念——进程管理

news 来源：原创 2024/5/4 5:22:25

进程是非常重要的一个概念，尤其对于单线程的JavaScript来说，Node.js做好进程管理是在一些负载性能方面，能体现出巨大价值。尤其在支撑公司级别的一些大型项目，多进程管理是必不可少的。本文将结合最近的畅销书《Koa开发：入门、进阶与实战》中的内容，具体讲述Node.js进程相关的知识。

进程的概念

在一些面试中，面试官会经常问一个问题，进程和线程有什么区别。这是一个老生常谈的问题了，但是很多候选人的回答都比较书面化，比如这样的回答：进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。说实话，如果我是一个小白，听到这样的答案，我还是不能够理解进程和线程到底是什么。

其实我们每个人对于新概念的理解都是需要一些过程的，但是如果能够类比成比较熟悉的一些场景的话，理解会更快一点。比如，我们可以把一列火车理解为一个进程，一节车厢理解为一个线程。就是说，线程必须在进场上执行，就像单独的一节车厢无法运行，但是装在一列火车上就可以跑了。进程与进程间是互不干涉的，好比一列火车由于故障停运了，并不影响另一列火车正常运行，但是如果线程坏了，那进程也就崩掉了，可以理解，如果一节车厢坏掉了，那火车基本也就不能正常运行了。

创建多进程

在成熟的Node.js项目中，基本都会提供多进程功能，主要有两个好处：一是目前大多数的服务器都是多核的，为了更好利用服务器资源，提高性能优势；二是进程之间互不影响，万一其中一个进程崩掉，还有其他进程正常运行，不影响线上业务。

Node.js创建多进程共有三种方式：

● child_process.exec：使用子进程执行命令，缓存子进程的输出，并将子进程的输出以回调函数参数的形式返回。

● child_process.spawn：使用指定的命令行参数创建新进程。

● child_process.fork：是 spawn()的特殊形式，用于在子进程中运行的模块，如 fork('./son.js') 相当于spawn('node', ['./son.js']) 。与spawn方法不同的是，fork会在父进程与子进程之间，建立一个通信管道，用于进程之间的通信。

接下来，我们通过实例来对这三种创建方式进行理解。假设现在有一个主进程，要用子进程来执行一个命令，用child_process.exec这种方式的实现代码如下：

// exec.js
 const child_process = require('child_process');


 for(var i=0; i<3; i++) {
     var workerProcess = child_process.exec('node command.js '+i, function (error, stdout, stderr) {
         if (error) {
             console.log(error.stack);
             console.log('Error code: '+error.code);
             console.log('Signal received: '+error.signal);
         }
         console.log('stdout: ' + stdout);
         console.log('stderr: ' + stderr);
     });


     workerProcess.on('exit', function (code) {
         console.log('子进程已退出，退出码 '+code);
     });
 }

子进程执行的文件只有标准日志输出，代码如下：

// command.js
 console.log(`pid: ${process.pid}, 进程${process.argv[2]}的stdout`);
 console.error(`pid: ${process.pid}, 进程${process.argv[2]}的stderr`);

执行exec.js，结果如图1所示。

图1 exec创建多进程执行结果

我们可以看到每个子进程pid是不一样的，说明exec方法确实创建出多个不同的进程来执行不同的任务。这种模式如果遇到子进程有大量数据输出的话，就不太合适了，这种情况用spawn来实现比较好，因为spawn的数据是通过流的方式返回的。代码如下：

// spawn.js
 const child_process = require('child_process');


 for(var i=0; i<3; i++) {
    var workerProcess = child_process.spawn('node', ['command.js', i]);


    workerProcess.stdout.on('data', function (data) {
       console.log('stdout: ' + data);
    });


    workerProcess.stderr.on('data', function (data) {
       console.log('stderr: ' + data);
    });


    workerProcess.on('close', function (code) {
       console.log('子进程已退出，退出码 '+code);
    });
 }

执行结果如图2所示。

图2 spawn创建多进程执行结果

执行结果基本和exec方式执行结果类似。spawn尽管比exec的使用场景多了一些，但是对于主子进程频繁通信的场景支持得不好，这个时候就可以通过fork的方式创建子进程了。代码如下：

// fork.js
 const child_process = require('child_process');


 for(var i=0; i<3; i++) {
    var worker_process = child_process.fork("command.js", [i]);    


    worker_process.on('close', function (code) {
       console.log('子进程已退出，退出码 ' + code);
    });
 }

执行结果如图3所示。

图3 fork创建多进程执行结果

进程通信

在主从模式场景下，进程通信是避免不了的，那么在Node.js服务中，进程如何通信呢？这里介绍两种方式。

1）通过Node.js原生的IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）来实现。这种方式比较普遍且通用，一般企业里的项目也是通过这种方式进行的进程间通信。下面通过一个实例来进行理解，主进程代码如下：

// master.js
 const cp = require('child_process');
 const n = cp.fork(`child.js`);


 n.on('message', (msg) => {
   console.log('主进程收到子进程的消息: ', msg);
 });


 // 主进程发送给子进程的消息
 n.send('hello child process！');

子进程的实现代码如下：

process.on('message', (msg) => {
   console.log('子进程收到主进程的消息：', msg);
 });


 // 给主进程发消息
 process.send('hello master process!');

执行master.js，运行结果如图4所示。

图4 IPC主子进程通信

简单来说，IPC的进程通信方式一般是通过共享内存的方式实现的，使得多个进程可以访问同一块内存空间。

2）进程通信方式，可以通过Socket来进行通信。具体实例代码如下：

// master.js
 const { spawn } = require('child_process');
 const child = spawn('node', ['child'], {
   // 子进程的标准输入输出配置
   stdio: [null, null, null, 'pipe'],
 });
 child.stdio[1].on('data', data => {
   console.log(`来自子进程消息 ${data.toString()}`);
 });

子进程实现代码如下：

// child.js
 const net = require('net');
 const pipe = net.Socket({ fd: 1 });
 pipe.write('hello master process！');

执行master.js，可以看到，子进程成功把消息发给了主进程。运行结果如图5所示。

图5 Socket主子进程通信

在Node知识体系中，进程管理是一个非常重要的概念，比如在实际业务场景中，在机器数量有限的情况下，如果想提升服务的QPS等性能指标，就可以通过创建多进程来提升请求的上限。除了进程管理，路由技巧、用户鉴权机制等也都是Koa在实际业务场景中涉及的高阶内容，如果您对此感兴趣，推荐您详细阅读刘江虹老师的新作《Koa开发：入门、进阶与实战》。