Node.js中的child_process模块详解
前言
本文主要给大家介绍了关于Node.js中child_process模块的相关内容，在介绍child_process模块之前，先来看一个例子。
const http = require('http');
const longComputation = () => {
let sum = 0;
for (let i = 0; i < 1e10; i++) {
sum += i;
};
return sum;
};
const server = http.createServer();
server.on('request', (req, res) => {
if (req.url === '/compute') {
const sum = longComputation();
return res.end(`Sum is ${sum}`);
} else {
res.end('Ok')
}
});
server.listen(3000);
可以试一下使用上面的代码启动Node.js服务，然后打开两个浏览器选项卡分别访问/compute和/，可以发现node服务接收到/compute请求时会进行大量的数值计算，导致无法响应其他的请求（/）。
在Java语言中可以通过多线程的方式来解决上述的问题，但是Node.js在代码执行的时候是单线程的，那么Node.js应该如何解决上面的问题呢？其实Node.js可以创建一个子进程执行密集的cpu计算任务（例如上面例子中的longComputation）来解决问题，而child_process模块正是用来创建子进程的。
创建子进程的方式
child_process提供了几种创建子进程的方式
- 异步方式：spawn、exec、execFile、fork
- 同步方式：spawnSync、execSync、execFileSync
首先介绍一下spawn方法
child_process.spawn(command[, args][, options]) command： 要执行的指令 args： 传递参数 options： 配置项
const { spawn } = require('child_process');
const child = spawn('pwd');
pwd是shell的命令，用于获取当前的目录，上面的代码执行完控制台并没有任何的信息输出，这是为什么呢？
控制台之所以不能看到输出信息的原因是由于子进程有自己的stdio流（stdin、stdout、stderr），控制台的输出是与当前进程的stdio绑定的，因此如果希望看到输出信息，可以通过在子进程的stdout 与当前进程的stdout之间建立管道实现
child.stdout.pipe(process.stdout);
也可以监听事件的方式（子进程的stdio流都是实现了EventEmitter API的，所以可以添加事件监听）
child.stdout.on('data', function(data) {
process.stdout.write(data);
});
在Node.js代码里使用的console.log其实底层依赖的就是process.stdout
除了建立管道之外，还可以通过子进程和当前进程共用stdio的方式来实现
const { spawn } = require('child_process');
const child = spawn('pwd', {
stdio: 'inherit'
});
stdio选项用于配置父进程和子进程之间建立的管道，由于stdio管道有三个(stdin, stdout, stderr）因此stdio的三个可能的值其实是数组的一种简写
- pipe 相当于['pipe', 'pipe', 'pipe']（默认值）
- ignore 相当于['ignore', 'ignore', 'ignore']
- inherit 相当于[process.stdin, process.stdout, process.stderr]
由于inherit方式使得子进程直接使用父进程的stdio，因此可以看到输出
ignore用于忽略子进程的输出（将/dev/null指定为子进程的文件描述符了），因此当ignore时child.stdout是null。
spawn默认情况下并不会创建子shell来执行命令，因此下面的代码会报错
const { spawn } = require('child_process');
const child = spawn('ls -l');
child.stdout.pipe(process.stdout);
// 报错
events.js:167
throw er; // Unhandled 'error' event
^
Error: spawn ls -l ENOENT
at Process.ChildProcess._handle.onexit (internal/child_process.js:229:19)
at onErrorNT (internal/child_process.js:406:16)
at process._tickCallback (internal/process/next_tick.js:63:19)
at Function.Module.runMain (internal/modules/cjs/loader.js:746:11)
at startup (internal/bootstrap/node.js:238:19)
at bootstrapNodeJSCore (internal/bootstrap/node.js:572:3)
Emitted 'error' event at:
at Process.ChildProcess._handle.onexit (internal/child_process.js:235:12)
at onErrorNT (internal/child_process.js:406:16)
[... lines matching original stack trace ...]
at bootstrapNodeJSCore (internal/bootstrap/node.js:572:3)
如果需要传递参数的话，应该采用数组的方式传入
const { spawn } = require('child_process');
const child = spawn('ls', ['-l']);
child.stdout.pipe(process.stdout);
如果要执行ls -l | wc -l命令的话可以采用创建两个spawn命令的方式
const { spawn } = require('child_process');
const child = spawn('ls', ['-l']);
const child2 = spawn('wc', ['-l']);
child.stdout.pipe(child2.stdin);
child2.stdout.pipe(process.stdout);
也可以使用exec
const { exec } = require('child_process');
exec('ls -l | wc -l', function(err, stdout, stderr) {
console.log(stdout);
});
由于exec会创建子shell，所以可以直接执行shell管道命令。spawn采用流的方式来输出命令的执行结果，而exec也是将命令的执行结果缓存起来统一放在回调函数的参数里面，因此exec只适用于命令执行结果数据小的情况。
其实spawn也可以通过配置shell option的方式来创建子shell进而支持管道命令，如下所示
const { spawn, execFile } = require('child_process');
const child = spawn('ls -l | wc -l', {
shell: true
});
child.stdout.pipe(process.stdout);
配置项除了stdio、shell之外还有cwd、env、detached等常用的选项
cwd用于修改命令的执行目录
const { spawn, execFile, fork } = require('child_process');
const child = spawn('ls -l | wc -l', {
shell: true,
cwd: '/usr'
});
child.stdout.pipe(process.stdout);
env用于指定子进程的环境变量（如果不指定的话，默认获取当前进程的环境变量）
const { spawn, execFile, fork } = require('child_process');
const child = spawn('echo $NODE_ENV', {
shell: true,
cwd: '/usr'
});
child.stdout.pipe(process.stdout);
NODE_ENV=randal node b.js
// 输出结果
randal
如果指定env的话就会覆盖掉默认的环境变量，如下
const { spawn, execFile, fork } = require('child_process');
spawn('echo $NODE_TEST $NODE_ENV', {
shell: true,
stdio: 'inherit',
cwd: '/usr',
env: {
NODE_TEST: 'randal-env'
}
});
NODE_ENV=randal node b.js
// 输出结果
randal
detached用于将子进程与父进程断开连接
例如假设存在一个长时间运行的子进程
// timer.js
while(true) {
}
但是主进程并不需要长时间运行的话就可以用detached来断开二者之间的连接
const { spawn, execFile, fork } = require('child_process');
const child = spawn('node', ['timer.js'], {
detached: true,
stdio: 'ignore'
});
child.unref();
当调用子进程的unref方法时，同时配置子进程的stdio为ignore时，父进程就可以独立退出了
execFile与exec不同，execFile通常用于执行文件，而且并不会创建子shell环境
fork方法是spawn方法的一个特例，fork用于执行js文件创建Node.js子进程。而且fork方式创建的子进程与父进程之间建立了IPC通信管道，因此子进程和父进程之间可以通过send的方式发送消息。
注意：fork方式创建的子进程与父进程是完全独立的，它拥有单独的内存，单独的V8实例，因此并不推荐创建很多的Node.js子进程
fork方式的父子进程之间的通信参照下面的例子
parent.js
const { fork } = require('child_process');
const forked = fork('child.js');
forked.on('message', (msg) => {
console.log('Message from child', msg);
});
forked.send({ hello: 'world' });
child.js
process.on('message', (msg) => {
console.log('Message from parent:', msg);
});
let counter = 0;
setInterval(() => {
process.send({ counter: counter++ });
}, 1000);
node parent.js
// 输出结果
Message from parent: { hello: 'world' }
Message from child { counter: 0 }
Message from child { counter: 1 }
Message from child { counter: 2 }
Message from child { counter: 3 }
Message from child { counter: 4 }
Message from child { counter: 5 }
Message from child { counter: 6 }
回到本文初的那个问题，我们就可以将密集计算的逻辑放到单独的js文件中，然后再通过fork的方式来计算，等计算完成时再通知主进程计算结果，这样避免主进程繁忙的情况了。
compute.js
const longComputation = () => {
let sum = 0;
for (let i = 0; i < 1e10; i++) {
sum += i;
};
return sum;
};
process.on('message', (msg) => {
const sum = longComputation();
process.send(sum);
});
index.js
const http = require('http');
const { fork } = require('child_process');
const server = http.createServer();
server.on('request', (req, res) => {
if (req.url === '/compute') {
const compute = fork('compute.js');
compute.send('start');
compute.on('message', sum => {
res.end(`Sum is ${sum}`);
});
} else {
res.end('Ok')
}
});
server.listen(3000);
监听进程事件
通过前述几种方式创建的子进程都实现了EventEmitter，因此可以针对进程进行事件监听
常用的事件包括几种：close、exit、error、message
close事件当子进程的stdio流关闭的时候才会触发，并不是子进程exit的时候close事件就一定会触发，因为多个子进程可以共用相同的stdio。
close与exit事件的回调函数有两个参数code和signal，code代码子进程最终的退出码，如果子进程是由于接收到signal信号终止的话，signal会记录子进程接受的signal值。
先看一个正常退出的例子
const { spawn, exec, execFile, fork } = require('child_process');
const child = exec('ls -l', {
timeout: 300
});
child.on('exit', function(code, signal) {
console.log(code);
console.log(signal);
});
// 输出结果
0
null
再看一个因为接收到signal而终止的例子，应用之前的timer文件，使用exec执行的时候并指定timeout
const { spawn, exec, execFile, fork } = require('child_process');
const child = exec('node timer.js', {
timeout: 300
});
child.on('exit', function(code, signal) {
console.log(code);
console.log(signal);
});
// 输出结果
null
SIGTERM
注意：由于timeout超时的时候error事件并不会触发，并且当error事件触发时exit事件并不一定会被触发
error事件的触发条件有以下几种：
- 无法创建进程
- 无法结束进程
- 给进程发送消息失败
注意当代码执行出错的时候，error事件并不会触发，exit事件会触发，code为非0的异常退出码
const { spawn, exec, execFile, fork } = require('child_process');
const child = exec('ls -l /usrs');
child.on('error', function(code, signal) {
console.log(code);
console.log(signal);
});
child.on('exit', function(code, signal) {
console.log('exit');
console.log(code);
console.log(signal);
});
// 输出结果
exit
1
null
message事件适用于父子进程之间建立IPC通信管道的时候的信息传递，传递的过程中会经历序列化与反序列化的步骤，因此最终接收到的并不一定与发送的数据相一致。
sub.js
process.send({ foo: 'bar', baz: NaN });
const cp = require('child_process');
const n = cp.fork(`${__dirname}/sub.js`);
n.on('message', (m) => {
console.log('got message:', m); // got message: { foo: 'bar', baz: null }
});
关于message有一种特殊情况要注意，下面的message并不会被子进程接收到
const { fork } = require('child_process');
const forked = fork('child.js');
forked.send({
cmd: "NODE_foo",
hello: 'world'
});
当发送的消息里面包含cmd属性，并且属性的值是以NODE_开头的话，这样的消息是提供给Node.js本身保留使用的，因此并不会发出message事件，而是会发出internalMessage事件，开发者应该避免这种类型的消息，并且应当避免监听internalMessage事件。
message除了发送字符串、object之外还支持发送server对象和socket对象，正因为支持socket对象才可以做到多个Node.js进程监听相同的端口号。
未完待续......
参考资料
https://medium.freecodecamp.org/node-js-child-processes-everything-you-need-to-know-e69498fe970a
https://nodejs.org/dist/latest-v10.x/docs/api/child_process.html
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具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对脚本之家的支持。
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