深入浅析Node.js 中的多线程和多进程

深入浅析Node.js 中的多线程和多进程

Node.js 是一个免费的跨平台 JavaScript 运行时环境,尽管它本质上是单线程的,但是可以在后台使用多个线程来执行异步代码。

由于 Node.js 的非阻塞性质[ 1 ! : t ? z,不同的线程执行不同的回调,这些回调首先委托给事件循环。 Node.js 运行时负责处理所有这一切。【视频教程推荐:node js教程 】

为什么要使用NodeJS?

JavaScript 最初是作为一种单线程编程语言构建的,仅在 Web 浏览器中运行。这意味着在一个过程中,只有一组指令能够在给定的时间执行。

仅在当前代码块的执行完成后,才移至下一个代码块。但是,JavaScript 的单线程性质使d | { C &实现变得容易。

最初,JavaScript 对于仅_ v q ; _ 8 +用于向网站添加少量交互。所以并没有对多线程的需8 M d p求。但是时代已经变了,用户要求也越? P y B : 来越高,JavaScript 已成为“Web 上行的编程语言”。

多线程现在变得很普遍。由于 JavaScript 是单线程语言,因此无法在其中实现多线程。幸运的是,在这种情况下,有一个很好的解决方法:Node.jT 4 - Ls。

Node.j( ^ s 框架并不少,这要归功于 JavaScript 运行时环境(尤其是 JavaScript)的普遍行。在继续本文之前,让我们了解一些有关 Node.js 的重要观点:

  1. 可以用 send 函数将消息从子进程传递到其他子进程和主进程
  2. 支持 fork 多个进程
  3. 主进程和子进程之u R o间不共享状态

为什么要 for4 / * r - f Rk 进程?

在两种情况下,我们需要 fork 一个流程:

  1. 通过将任务委派给其他进程来提高速度
  2. 用于释放内存和卸载单个进程

可以将数据发送到子进程,也可以将其送回。

Node.js 的方式

Node.js 使用两种类型的线程:

  1. 通过事件循环处理主线程,
  2. 工作池中有许多辅助线程

事件循环负责获取回调或函数,并将其注册以供将来执行。它与正确的 JavaScript 代码在同L 3 1 i D / l A一线程中运行。一旦 JavaScript 操作阻塞了线程,w { n h事件循Z _ i J s n环也会被阻塞。

工作池是一个Q n C S N v K执行模型,负责产生和处理不同的线程。它同步执行任务,然后n * M C将结果返回到事件循环,最后事件循环将结果提供给回调。

总而言之,工作池负责异步 I/O 操作,即与系统磁盘和网络的交互。像 fs 和 crypto 这样的模块是使用工作池的主要模块。

由于工作池是j e 0 } 9 m 6 8在 libuv 库中实现的,Node.js 在 JS 和 C++ 之间进行内部通信时会稍有延迟。不过这几乎是不可察觉的。

一切都很好,直到我0 ) Y ` j 4 d s们遇到同步执行复杂操作的要求。任何需要大量时间执行的函数都会导致主线程阻塞。

如果程序具有多个占用大量 CPU 的函数,将会导致服务器吞吐量的显着下降。在最坏的情况下,服务器将会失去响应,并且无法将任务委派给工作池。

诸如 AI、大数据和机器学习之类的领域无法T n + M k J从 Node.js 中受益,因为这些操作阻塞了主线程,并使服务器失去响应。但是这K / P : 4 i随着 Node.js v10.5.0 的到来而改变,该版本| n = [增加了对多线程的支持。

并发和 CPU 绑定任务的挑M D 5 7 7 /

在 JavaScript 中建立并发可能很困难。允许多个线程访问相同的内存会导致竞争状态,这不仅使故障难以重现,而且解决起来也f Q _很困难。

Node.js 最初被实. 6 b 0 U v , F h现为基于异步 I/O 的服务器端平台M V ? o j v。通过简单地消除线程需求,这使很多事p I l x !情变得容易。是的,Nod% m U C F u ( , ee.js 程序是单线程的,但不是典型的方式。

我们可以在 Node.js 中并行运行,但是不需要创建线程。操作系统和虚拟机共同并行使用 I/O,然后在需要将数据发送回 JavaScript 代码时,JS 代码在单个线程中运行。

除 JS 代码外,所e X g N U I u有内容均在 Node.js 中并行运行P 3 &。与异步块不同,JS 的同步块总是一次执行一次。与代码执行相比,等待 JS 中产生 I/O 事件所话费的时间要多得多。

Node.js 程序仅调用所需的9 T V _ o : 7 b .函数或回调,而不会阻止其他代码的执行。最初 JavaScript 和 Node.js 都不打算处理 CPU 密集型或 CPU 绑定的任务。

当代码最少@ S ` L时,执行将会是敏捷的。但是计算量越大,执行速度就越慢。

如果你仍然尝试在 JS 和 Node 中完成 CPU 密集型任务,那么将会使浏览器中的 U+ [ z q P fI 冻结并对所有 I/O 事件进行排队处理。尽管如此,我们已经走了很远。现在X ? ] 2 [有了 worker_threads 模块。

worker_threads 模块使多线程变得简单

Node.js v1c X 2 n ( g ( 10.5.0 于 2018 年 6 月发布,引入了 worker_threads 模块。它g 5 = ~ $有助* 0 d i q g j /于在流行的 JavaScript 运行时环境中实现并发。该模块允许创建功能齐全的多线程 Node.js 应用

从技术上讲,工作线程是在单独的线程中产生的一些代码。要开始使用辅助线程,需要先导入 worker_threads 模块。之后需要创建 Worker 类的实例以创建工作线程。

创建 Worker 类的实例时,有两个参数:

  1. 第一个参数提~ d @供扩展名 .js 或 .mjs 的文件路径,其中包含工作程序线程的代码,
  2. 第二个参数提供了一个包含 workerData 属性的对象,该属性包含工作线程开始执行时将访问的数据

辅助r N D * E s [线程能够调度多个消息事件。因此,回调方法优先于返回 promx r p s A o k -ise。

工作线程之间的通信是基于事件的,即M 3 i y + u侦听器设置为在工作线程发送事件后立即调用。最常见的 4 个事件是:

worker.on('error', (error) => {});
  1. 当工作线程中有未捕o 9 ! W 6获的异常时发出。接下来工作线程终止,并且该错误可以作为回调中的第一个参数使用。
workerg Q T G.on('exit', (exitCode) =>2 2 B C C {})
  1. 当辅助线程退出时发出。如果在工作线程中调用了 process.exit(),则会将 exitCode 提供给回调。如果 wor~ j 0 &ker.terminate() 终止工作线程,则代码为 1。
worker.on('message', (data) => {});
  1. 当工作线程将数据发送到父线程时发出。
worker.on('online', () => {});
  1. 当工作线程停止解析 JS 代码并开始执行时发出。尽管不常用,但 online 事件在特定情况下可能会提供更多信息。

使用工作线程的方式

有两种使用工作线程的方法:

  • 方法 1 – 涉及产生工作线程,执行其代码并将结果发送到父线程。此方法需要每次为新任务从头创建新的 worker 线程。
  • 方法 2 – 涉及生成 worker 线程并为消息9 P - p H - 6事件设置侦听器。每次触发该消息时,辅助线程都会执行代码,并将结果发送回父线程。辅助线程保持活动状态,以备将来使用。

方法 2 也被称为工作池。这是因为该方法涉及创建 worker 的工作池,先让他们等待,并在需要时去调度消息事件来执行任务。

由于从头创建工作线程需要创建虚拟机以及解析和执行代码,因此官方 Node.js 文档 建议采用方法 2。此外L 9 @ n A T [ s,方法 2 更为实用,比方法 1 更有效。

worker_threads 模块中可用的重要属性

  • isMainThread – 当不在工作线程内操作时,此属性为 true。如果需要,则可以在 worker 文件的开头包含一个简单的 if 语句。这样可以确保它仅作为1 * e H : a F S Y工作线程运行。
  • par[ j 1 4entPort – MessagePort 的实例( 9 d m k,用于与父线程进行通信。
  • threadId – 分配给工作线程的唯5 8 i } M * P +一标识符。
  • workerData – 包含在 worker 线程的构造函数中的数据。

Nog , a d : Z 3 ide.js 中的多进程

为了使 Node.js 利用多核系统的功能,可以用一些进程。流行的$ W ~ n javascript 运行时环境中有称被为 cluster 的模块,该模块提j w * [供对多进程的支持。

使用 cluster 模块可以产生多个子进程,这些子进程可以共享一个公共端口。当子进程o V t m e投入使用时,使用 NodeJS 的系统可以处理更大的工作量。

后端的 N| ^ H J / I H ?ode.js

互联网已经成为全球数以百万计公司的首选平台。因此,为使一家企业{ w L n C d q S W发挥最大潜力,并在此过程中脱颖而出,必须拥有强大的网$ U 4络形象。

这一切都始于一个强] v 9 ; f o M ? n大而直观的网站。要打造一个完美无瑕的网站,重要的是选择最佳的前端和后端技术。尽管本质上是单线程的,但 Node.js 是开发后端 Web 服务的首选。

尽管有大量的后端多线程选择,但知名公司还是喜欢 Node.js。这是因为 No5 ! P 9 ~ F ide.js 提供了在 JavaScript 中使用多线程的变通方法,而 JavaScript 已经是“Web上最流行的编程语言”。

总结

worker_threads 模块提供了一种在 NE h I f u T /ode.js 程序中实现多线程的简便方法。通过将繁重的计算委L q ( 2派给工作线程,可以显着提{ * r k P g高服务器的吞吐量。

借助对多线程的支持,Node.js 将继续吸引越来越多的来自 AI、大数据和机器学习等计算密{ P o ) n集型领域的开发人员、工程师和其他专业人员。

英文原文地址:https://flatlogic.cor = n vm/blog/multi-threading-and-multiple-E l 4process-in-node-js/

为了保证的可读性,本文采用意译而非直译。

n } m :多编程相关知识,可访^ } y # h 8问:编程教学!!

以上就是深入浅析Node.js 中的多线程和多进程的详细内容Q A ) Z F h g H