浅谈Nodejs中的多线程操作

虽说nodejs是单线程的，但是它还是容许多线程操作，下面本篇文章给大家从 Node 线程说起，谈谈Nodejs中的多线程操作，介绍一下worker_threads模板。

本文测试使用环境：
系统：macOS Mojave 10.14.2
CPU：4 核 2.3 GHz
Node: 10.15.1

【推荐学习：《nodejs 教程》】

从 Node 线程说起

一般人理解 Node 是单线程的，所以 Node 启动后线程数应该为 1，我们做实验看一下。【推荐学习：《nodejs 教程》】

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

可以看到 Node 进程占用了 7 个线程。为什么会有 7 个线程呢？

我们都知道，Node 中最核心的是 v8 引擎，在 Node 启动后，会创建 v8 的实例，这个实例是多线程的。

• 主线程：编译、执行代码。
• 编译/优化线程：在主线程执行的时候，可以优化代码。
• 分析器线程：记录分析代码运行时间，为 Crankshaft 优化代码执行提供依据。
• 垃圾回收的几个线程。

所以大家常说的 Node 是单线程的指的是 JavaScript 的执行是单线程的，但 Javascript 的宿主环境，无论是 Node 还是浏览器都是多线程的。

Node 有两个编译器：
full-codegen：简单快速地将 js 编译成简单但是很慢的机械码。
Crankshaft：比较复杂的实时优化编译器，编译高性能的可执行代码。

某些异步 IO 会占用额外的线程

还是上面那个例子，我们在定时器执行的同时，去读一个文件：

const fs = require('fs')

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

fs.readFile('./index.html', () => {})

线程数量变成了 11 个，这是因为在 Node 中有一些 IO 操作（DNS，FS）和一些 CPU 密集计算（Zlib，Crypto）会启用 Node 的线程池，而线程池默认大小为 4，因为线程数变成了 11。

我们可以手动更改线程池默认大小：

process.env.UV_THREADPOOL_SIZE = 64

一行代码轻松把线程变成 71。

cluster 是多线程吗？

Node 的单线程也带来了一些问题，比如对 cpu 利用不足，某个未捕获的异常可能会导致整个程序的退出等等。因为 Node 中提供了 cluster 模块，cluster 实现了对 child_process 的封装，通过 fork 方法创建子进程的方式实现了多进程模型。比如我们最常用到的 pm2 就是其中最优秀的代表。

我们看一个 cluster 的 demo：

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

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出`);
  });
} else {
  // 工作进程可以共享任何 TCP 连接。
  // 在本例子中，共享的是 HTTP 服务器。
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Hello World');
  }).listen(8000);
  console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动`);
}

这个时候看下活动监视器：

一共有 9 个进程，其中一个主进程，cpu 个数 x cpu 核数 = 2 x 4 = 8 个 子进程。

所以无论 child_process 还是 cluster，都不是多线程模型，而是多进程模型。虽然开发者意识到了单线程模型的问题，但是没有从根本上解决问题，而且提供了一个多进程的方式来模拟多线程。从前面的实验可以看出，虽然 Node （V8）本身是具有多线程的能力的，但是开发者并不能很好的利用这个能力，更多的是由 Node 底层提供的一些方式来使用多线程。Node 官方说：

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.

但是对于 JavaScript 开发者，一直没有一个标准的、好用的方式来使用 Node 的多线程能力。

真 - Node 多线程

直到 Node 10.5.0 的发布，官方才给出了一个实验性质的模块 worker_threads 给 Node 提供真正的多线程能力。

先看下简单的 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();
}

上述代码在主线程中开启五个子线程，并且主线程向子线程发送简单的消息。

由于 worker_thread 目前仍然处于实验阶段，所以启动时需要增加 --experimental-worker flag，运行后观察活动监视器：

不多不少，正好多了五个子线程。

worker_thread 模块

worker_thread 核心代码

worker_thread 模块中有 4 个对象和 2 个类。

• isMainThread: 是否是主线程，源码中是通过 threadId === 0 进行判断的。
• MessagePort: 用于线程之间的通信，继承自 EventEmitter。
• MessageChannel: 用于创建异步、双向通信的通道实例。
• threadId: 线程 ID。
• Worker: 用于在主线程中创建子线程。第一个参数为 filename，表示子线程执行的入口。
• parentPort: 在 worker 线程里是表示父进程的 MessagePort 类型的对象，在主线程里为 null
• workerData: 用于在主进程中向子进程传递数据（data 副本）

来看一个进程通信的例子：

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();
  });
}

更多详细用法可以查看官方文档。

多进程 vs 多线程

根据大学课本上的说法：“进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位”，这句话应付考试就够了，但是在实际工作中，我们还是要根据需求合理选择。

下面对比一下多线程与多进程：

属性多进程多线程比较数据数据共享复杂，需要用IPC；数据是分开的，同步简单因为共享进程数据，数据共享简单，同步复杂各有千秋CPU、内存占用内存多，切换复杂，CPU利用率低占用内存少，切换简单，CPU利用率高多线程更好销毁、切换创建销毁、切换复杂，速度慢创建销毁、切换简单，速度很快多线程更好coding编码简单、调试方便编码、调试复杂多进程更好可靠性进程独立运行，不会相互影响线程同呼吸共命运多进程更好分布式可用于多机多核分布式，易于扩展只能用于多核分布式多进程更好

上述比较仅表示一般情况，并不绝对。

work_thread 让 Node 有了真正的多线程能力，算是不小的进步。

更多编程相关知识，请访问：编程视频！！

以上就是浅谈Nodejs中的多线程操作的详细内容，更多请关注自由互联其它相关文章！