在 Node.js 應用程序中，child 進程模塊非常重要，有了它可以實現(xiàn)并行處理，這在資源密集型任務里十分重要。

在本文中，我們將看一下 child 進程模塊，解釋其目的、使用方式以及如何使用。

什么是子進程模塊

子進程是核心模塊，允許用戶創(chuàng)建和控制子進程。這些進程可以執(zhí)行系統(tǒng)命令、運行各種語言的腳本，甚至可以創(chuàng)建新的 Node.js 實例。

child 進程模塊的主要目的是允許同時執(zhí)行多個進程，而不會阻塞主事件循環(huán)。

對于需要處理 CPU 密集型操作或執(zhí)行外部命令和腳本的應用來說，使用 child 進程可以確保應用的高性能和響應性。

子進程的使用方式

child 進程可以用于以下任務：

• 并行處理：Child 處理通過允許應用程序將工作負載分布在多個 CPU 核心上，從而顯著提高 CPU 密集型活動（如圖像處理和數據分析）的性能。

• 運行 shell 腳本：Child 進程可以用來執(zhí)行 shell 腳本。您可以使用 exec 技術來運行 shell 命令并捕獲它們的輸出，還可以使用 spawn 方法，當直接運行腳本時提供更大的控制。

• 與其他服務通信：在通信方面，child 進程起著至關重要的作用。它可以與外部服務（如數據庫、API 或微服務）進行通信。它們可以用來調用外部 API，執(zhí)行數據庫查詢，與其它微服務通信。

創(chuàng)建子進程

要創(chuàng)建一個 child 進程，Node.js 為我們提供了四種主要方法來創(chuàng)建一個 child 進程，分別是 exec(), execFile(), spawn(), fork()

exec() 方法

exec() 方法在 shell 中運行一個命令并緩沖輸出。它適用于運行 shell 命令并記錄輸出。但由于是緩沖，它有內存限制。

下面是一個使用 exec() 方法執(zhí)行命令并獲取和處理一些系統(tǒng)信息的例子。

const { exec } = require("child_process");
exec("df -h", (error, stdout, stderr) => {
  if (error) {
    console.error(`exec error: ${error.message}`);
    return;
  }
  if (stderr) {
    console.error(`stderr: ${stderr}`);
    return;
  }
  const lines = stdout.trim().split("\n");
  const diskInfo = lines[1].split(/\s+/);
  const totalSpace = diskInfo[1];
  const usedSpace = diskInfo[2];
  const availableSpace = diskInfo[3];
  const usagePercent = diskInfo[4];
  console.log(`Total Space: ${totalSpace}`);
  console.log(`Used Space: ${usedSpace}`);
  console.log(`Available Space: ${availableSpace}`);
  console.log(`Usage: ${usagePercent}`);
});

這將執(zhí)行 df -h 命令，解析其輸出，并顯示總的、已用的和可用的磁盤空間以及使用百分比。

運行代碼時，您應該會看到類似這樣的內容：

execFile() 方法

execFile() 方法在沒有 shell 的情況下運行可執(zhí)行文件。它比 exec() 更高效，因為它避免了 shell 的開銷。

下面是一個如何使用 execFile() 方法的例子：

const { execFile } = require('child_process');
execFile("node", ["--version"], (error, stdout, stderr) => {
  if (error) {
    console.error(`execFile error: ${error.message}`);
    return;
  }
  if (stderr) {
    console.error(`stderr: ${stderr}`);
    return;
  }
  console.log(`stdout: ${stdout}`);
});

這個例子展示了運行 Node.js 可執(zhí)行文件來獲取其版本。當命令不需要 shell 特性時，推薦使用 execFile()。

spawn() 方法

與主要用于執(zhí)行 shell 命令或可執(zhí)行文件并捕獲其輸出的 exec 方法不同，spawn() 方法通過基于流的輸出處理、直接與可執(zhí)行文件交互、事件驅動的通信，提供了對 child 進程的更多控制。

spawn() 方法可用于需要直接交互的復雜場景。spawn() 啟動一個新進程，給定一個命令，并提供流 i.e stdout, stderr 用于直接處理進程的輸出和錯誤。

下面是一個如何使用 spawn() 方法的例子

const { spawn } = require("child_process");
const ls = spawn("ls", ["-lh", "/usr"]);
ls.stdout.on("data", (data) => {
  console.log(`stdout: ${data}`);
});
ls.stderr.on("data", (data) => {
  console.error(`stderr: ${data}`);
});
ls.on("close", (code) => {
  console.log(`child process exited with code $[code]`);
});

在這個例子中，spawn() 運行 ls 命令并附加事件偵聽器來處理進程的輸出和退出狀態(tài)。

運行代碼時，您應該會看到類似這樣的內容：

fork() 方法

fork() 方法可以說是為創(chuàng)建新的 Node.js 進程而設計的 spawn() 的變體。與可以啟動任何類型進程的 spawn() 不同，fork() 方法針對創(chuàng)建本身是 Node.js 應用程序的 child 進程進行了優(yōu)化。

它為 child 進程提供了一個額外的通信通道，允許在父進程和 child 進程之間進行簡單的消息傳輸。

下面是一個如何使用 fork() 方法的例子。

父文件，即 parent.js：

const { fork } = require("child_process");
const child = fork("child.js");
child.on("message", (message) => {
  console.log(`Message from child: ${message}`);
});
child.send("Hello, child process!");

child 進程文件，即 child.js：

process.on("message", (message) => {
  console.log(`Message from parent: ${message}`);
  process.send("Hello from child process!");
});

在這里，fork() 創(chuàng)建了一個運行 child.js 腳本的新 Node.js 進程。它允許使用 send() 和 message 事件在父進程和子進程之間傳遞消息。

當您運行代碼時，您應該會看到類似這樣的內容：

fork() 與 spawn() 之間的區(qū)別

fork 和 spawn 之間的一些區(qū)別包括：

• 內置通信通道：fork() 在父進程和 child 進程之間自動設置了一個 IPC（進程間通信）通道。相比之下，spawn() 默認不建立這個通道；如果需要，開發(fā)人員必須手動配置 IPC。

• 隔離和獨立性：每個由 fork() 生成的 child 進程都是一個單獨的 Node.js 進程，擁有自己的 V8 實例。另一方面，spawn() 方法可以啟動任何進程，包括 Node.js 應用程序，并不提供相同級別的隔離。

• 用例特異性：fork() 技術專門用于需要生成工作進程的情況，這些工作進程是同一應用程序的一部分，但同時運行。相比之下，spawn() 更為通用，用于需要啟動 Node.js 生態(tài)系統(tǒng)之外的任意命令或腳本時。

處理子進程輸出

當創(chuàng)建一個 child 進程時，它會在兩個主要流中產生輸出：stdout 和 stderr。這些流保存了由 child 進程運行的命令或腳本的結果。要收集此輸出，請為 child 進程對象添加事件偵聽器，以在 stdout 和 stderr 上的 data 事件上。

Node.js 提供了幾種特別有用的事件偵聽器，用于處理 child 進程輸出和錯誤。其中包括：

• Data：數據事件由代表子進程的 stdout 和 stderr 的流發(fā)出。

• Error：
  當 child 進程執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤時，會觸發(fā)錯誤事件。這可能是由于命令本身的問題，或者是讀取 stdout 或 stderr 時出現(xiàn)問題。

• Close：當 child 進程結束時，會發(fā)出關閉事件，表明它是否成功終止或被殺死。

讓我們看一個示例，展示如何生成一個 child 進程，捕獲其輸出，并處理可能發(fā)生的任何錯誤。

我們將使用 spawn() 方法來啟動一個簡單的命令（echo）并偵聽輸出和錯誤。

const { spawn } = require("child_process");
const child = spawn("echo", ["Hello, world"]);
child.stdout.on("data", (data) => {
  console.log(`stdout: ${data}`);
});
child.stderr.on("data", (data) => {
  console.error(`stderr: ${data}`);
});
child.on("error", (error) => {
  console.error(`Error occurred: ${error.message}`);
});
child.on("close", (code) => {
  console.log(`Child process exited with code $[code]`);
});

在這個例子中，父進程生成一個 child 進程來執(zhí)行 echo 命令，該命令簡單地將 Hello, world! 打印到終端。

父進程通過附加到 stdout 和 stderr 的 data 事件偵聽器來捕獲此輸出。此外，它還偵聽 error 事件以捕獲在執(zhí)行 child 進程期間可能發(fā)生的任何錯誤。

最后，close 事件指示 child 進程已完成執(zhí)行，以及退出代碼，這可以用來確定進程是否成功完成。

進程間通信

在分布式系統(tǒng)和并發(fā)編程中，進程間通信對于組件協(xié)調至關重要。Node.js 通過其 child 進程模塊改進了這種通信。這使您能夠創(chuàng)建 child 進程并促進進程間通信（IPC）。

這種 IPC 機制，特點是父進程和 child 進程之間交換數據，對于構建模塊化和可擴展的應用程序至關重要。

有幾種方法可以促進；一個突出的方法是通過 send() 方法和 message 事件進行消息傳遞。這種方法利用了 child 進程對象上可用的 send() 函數，向 child 進程發(fā)送消息，而 child 進程使用 message 事件偵聽這些消息。

讓我們用一個實際的例子來說明。我們將創(chuàng)建一個簡單的應用程序，其中父進程分叉一個 child 進程，并使用 send() 方法和 message 事件與之通信。

父文件，即 parent.js，將如下所示：

const { fork } = require("child_process");
const child = fork("./child.js");
child.send({ greeting: "Hello from parent!" });
child.on("message", (msg) => {
  console.log("Message from child:", msg);
});
console.log("Waiting for response...");

child 進程文件，即 child.js：

process.on("message", (msg) => {
  console.log("Message received from parent:", msg);
  process.send({ response: "Hello from child!" });
});

在這個例子中，父進程向 child 進程發(fā)送一條包含問候語的消息。child 進程偵聽此消息，記錄它，然后向父進程發(fā)送一條響應。父進程也偵聽來自 child 進程的傳入消息，并在收到時記錄它們。

使用 send() 和 message 事件進行 IPC 的這種模式在需要協(xié)調父進程和 child 進程之間的操作時特別有用，例如共享數據、觸發(fā)操作或在 Node.js 應用程序中實現(xiàn)請求-響應模式。

管理子進程的最佳實踐

以下是一些用于有效管理 child 進程的最佳實踐：

• 監(jiān)控系統(tǒng)資源：最佳實踐之一是定期監(jiān)控系統(tǒng)的 CPU、內存和網絡使用情況，以識別潛在的瓶頸或資源泄漏。使用諸如 top 和 ps 之類的工具可以為您提供資源消耗的實時洞察。

• 為長時間運行的進程設置超時：使用 spawn() 中的 timeout 選項自動終止在指定持續(xù)時間后仍在運行的 child 進程。這對于避免長時間運行的活動占用資源非常有益。

• 實施優(yōu)雅的關閉程序：優(yōu)雅關閉程序是指服務器已響應所有請求，并且沒有剩余的數據處理工作。始終確保 child 進程可以優(yōu)雅地關閉，釋放資源并執(zhí)行任何必要的清理工作。這可以通過偵聽終止信號并相應地響應來實現(xiàn)。

• 應用 kill 方法：使用適當的信號（例如，SIGTERM 用于優(yōu)雅關閉，SIGKILL 作為最后手段）。驗證進程是否已成功終止。在應用 kill 方法時處理潛在錯誤。

子進程與工作線程

雖然 child 進程對某些工作很有用，但 Node.js 還提供了另一種并行執(zhí)行的方法。這種方法被稱為工作線程，它與 child 進程完全不同。

worker threads 模塊在 Node.js v10.50 中引入。與 child 進程相比，它提供了一種更有效的方式來處理多線程。下面是一個突出它們差異的表格

何時使用子進程

當您需要完全隔離時，例如運行外部腳本或管理可能會使父進程崩潰的 CPU 密集型任務，可以使用 child 進程。

何時使用工作線程

另一方面，當任務從共享內存和頻繁通信中受益時，可以使用 worker 線程，例如數據處理和并行計算。

結論

child 進程模塊有助于執(zhí)行并行任務，運行外部腳本和管理子進程。當您理解這些方法以及如何實現(xiàn)它們時，您將能夠顯著提高應用程序的性能和可擴展性。

到此這篇關于Nodejs-child_process模塊解讀的文章就介紹到這了,更多相關Nodejs-child_process模塊內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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