深入理解Node.js中的进程管理

前言

本文主要对 Node.js 中进程管理相关的东西做一个简单介绍，包括 process 对象、child_process 模块和cluster 模块，详细的 API 可以查看官方文档，下面来看看详细的介绍吧。

Process 对象

process 是 Node.js 的一个全局对象，可以在任何地方直接使用而不需要 require 命令加载。process 对象提供了 当前 node 进程 的命令行参数、标准输入输出、运行环境和运行状态等信息。

常用属性

argv

process.argv 属性返回一个数组，第一个元素是 node，第二个元素是脚本文件名称，其余成员是脚本文件的参数。

$ node process-2.js one two=three four

0: /usr/local/bin/node
1: /Users/mjr/work/node/process-2.js
2: one
3: two=three
4: four

env

process.env 返回一个对象，包含了当前 Shell 的所有环境变量，比如：

{
 TERM: 'xterm-256color',
 SHELL: '/bin/zsh',
 USER: 'huangtengfei',
 PATH: '~/.bin/:/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin:/usr/local/bin',
 PWD: '/Users/huangtengfei',
 HOME: '/Users/huangtengfei'
}

这个属性通常的使用场景是，新建一个 NODE_ENV 变量，用来确定当前所处的开发阶段，生成阶段设为 production，开发阶段设为 develop ，然后在脚本中读取 process.env.NODE_ENV 再做相应处理即可。

运行脚本时可以这样改变环境变量：

$ export NODE_ENV=production && node app.js
# 或者
$ NODE_ENV=production node app.js

stdin/stdout

process.stdin 指向标准输入（键盘到缓冲区里的东西），返回一个可读的流：

process.stdin.setEncoding('utf8');

process.stdin.on('readable', () => {
 var chunk = process.stdin.read();
 if (chunk !== null) {
 process.stdout.write(`data: ${chunk}`);
 }
});

process.stdin.on('end', () => {
 process.stdout.write('end');
});

process.stdout 指向标准输出（向用户显示内容），返回一个可写的流：

const fs = require('fs');

fs.createReadStream('wow.txt')
 .pipe(process.stdout);

常用方法

cwd()

process.cwd() 返回运行 Node 的工作目录（绝对路径），比如在目录 /Users/huangtengfei/abc 下执行 node server.js，那么 process.cwd() 返回的就是 /Users/huangtengfei/abc。

另一个常用的获取路径的方法是 __dirname，它返回的是执行文件时该文件在文件系统中所在的目录。注意 process.cwd() 和 __dirname 的不同，前者是进程发起时的位置，后者是脚本的位置，两者可能不一致。

on()

process 对象部署了 EventEmitter 接口，可以使用 process.on() 方法监听各种事件，并指定回调函数。比如监听到系统发出进程终止信号时关闭服务器然后退出进程：

process.on('SIGTERM', function () {
 server.close(function () {
 process.exit(0);
 });
});

exit()

process.exit() 会让 Node 立即终止当前进程（同步），参数为一个退出状态码，0 表示成功，大于 0 的任意整数表示失败。

kill()

process.kill() 用来对特定 id 的进程（process.pid）发送信号，默认为 SIGINT 信号。比如杀死当前进程：

process.kill(process.pid, 'SIGTERM');

虽然名字叫 kill ，但其实 process.kill() 只是负责发送信号，具体发送完信号之后这个怎么处理这个指定进程，取决于信号种类和接收到这个信号之后做了什么操作（比如 process.exit() 或者只是 console.log('Ignored this single')）。

Child Process 模块

child_process 模块用于创建和控制子进程，其中最核心的是 .spawn() ，其他 API 算是针对特定场景对它的封装。使用前要先 require 进来：

const cp = require('child_process');

exec(command[, options][, callback])

exec() 方法用于执行 shell 命令，它的第一个参数是字符串形式的命令，第二个参数（可选）用来指定子进程运行时的定制化操作，第三个参数（可选）用来设置执行完命令的回调函数。比如在一个特定目录 /Users/huangtengfei/abc 下执行 ls -l 命令：

cp.exec('ls -l', {
 cwd: '/Users/huangtengfei/abc'
}, (error, stdout, stderr) => {
 if (error) {
 console.error(`exec error: ${error}`);
 return;
 }
 console.log(`stdout: ${stdout}`);
 console.log(`stderr: ${stderr}`);
})

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

spawn() 用来创建一个子进程执行特定命令，与 exec() 的区别是它没有回调函数，只能通过监听事件来获取运行结果，它适用于子进程长时间运行的情况，可以实时输出结果。

const ls = cp.spawn('ls', ['-l']);

ls.stdout.on('data', (data) => {
 console.log(`stdout: ${data}`);
});

ls.stderr.on('data', (data) => {
 console.log(`stderr: ${data}`);
});

ls.on('close', (code) => {
 console.log(`child process exited with code $[code]`);
});

使用 spawn 可以实现一个简单的守护进程，在工作进程不正常退出时重启工作进程：

/* daemon.js */
function spawn(mainModule) {
 const worker = cp.spawn('node', [ mainModule ]);

 worker.on('exit', function (code) {
  if (code !== 0) {
   spawn(mainModule);
  }
 });
}

spawn('worker.js');

fork(modulePath[, args][, options])

fork() 用来创建一个子进程执行 node 脚本，fork('./child.js') 相当于 spawn('node', ['./child.js']) ， 区别在于 fork 会在父子进程之间建立一个通信管道（fork() 的返回值），用于进程间通信。对该通信管道对象可以监听 message 事件，用来获取子进程返回的信息，也可以向子进程发送信息。

/* main.js */
const proc = cp.fork('./child.js');
proc.on('message', function(msg) {
 console.log(`parent got message: ${msg}`);
});
proc.send({ hello: 'world' });

/* child.js */
process.on('message', function(msg) {
 console.log(`child got message: ${msg}`);
});
process.send({ foo: 'bar' });

Cluster 模块

Node.js 默认单进程执行，但这样就无法利用多核计算机的资源，cluster 模块的出现就是为了解决这个问题的。在开发服务器程序时，可以通过 cluster 创建一个主进程和多个 worker 进程，让每个 worker 进程运行在一个核上，统一通过主进程监听端口和分发请求。

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

if (cluster.isMaster) {
 console.log(`Master ${process.pid} is running`);

 // Fork workers.
 for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
 cluster.fork();
 }

 cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
 console.log(`worker ${worker.process.pid} died`);
 });
} else {
 // Workers can share any TCP connection
 // In this case it is an HTTP server
 http.createServer((req, res) => {
 res.writeHead(200);
 res.end('hello world\n');
 }).listen(8000);

 console.log(`Worker ${process.pid} started`);
}

常用属性和方法

isMaster/isWorker

cluster.isMaster 用来判断当前进程是否是主进程，cluster.isWorker 用来判断当前进程是否是工作进程，两者返回的都是布尔值。

workers

cluster.workers 是一个包含所有 worker 进程的对象，key 为 worker.id，value 为 worker 进程对象。

// 遍历所有 workers
function eachWorker(callback) {
 for (const id in cluster.workers) {
 callback(cluster.workers[id]);
 }
}
eachWorker((worker) => {
 worker.send('big announcement to all workers');
});

fork([env])

cluster.fork() 方法用来新建一个 worker 进程，默认上下文复制主进程，只有主进程可调用。

常用事件

listening

在工作进程调用 listen 方法后，会触发一个 listening 事件，这个事件可以被 cluster.on('listening') 监听。

比如每当一个 worker 进程连进来时，输出一条 log 信息：

cluster.on('listening', (worker, address) => {
 console.log(
 `A worker is now connected to ${address.address}:${address.port}`);
});

exit

在工作进程挂掉时，会触发一个 exit 事件，这个事件可以被 cluster.on('exit') 监听。

比如自动重启 worker：

cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
 console.log('worker %d died (%s). restarting...',
 worker.process.pid, signal || code);
 cluster.fork();
});

worker 对象

worker 对象是 cluster.fork() 的返回值，代表一个 worker 进程。

worker.id

worker.id 是当前 worker 的唯一标识，也是保存在 cluster.workers 中的 key 值。

worker.process

所有的 worker 进程都是通过 child_process.fork() 生成的，这个进程对象保存在 worker.process 中。

worker.send()

worker.send() 用在主进程给子进程发送消息，在子进程中，使用 process.on() 监听消息并使用 process.send() 发送消息。

if (cluster.isMaster) {
 const worker = cluster.fork();
 worker.send('hi there');
} else if (cluster.isWorker) {
 process.on('message', (msg) => {
 process.send(msg);
 });
}

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对我们的支持。