Node.js中的多線程和多進程是什么

這篇文章主要介紹Node.js中的多線程和多進程是什么，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

Node.js 是一個免費的跨平臺 JavaScript 運行時環境，盡管它本質上是單線程的，但是可以在后臺使用多個線程來執行異步代碼。

由于 Node.js 的非阻塞性質，不同的線程執行不同的回調，這些回調首先委托給事件循環。 Node.js 運行時負責處理所有這一切。

為什么要使用NodeJS？

JavaScript 最初是作為一種單線程編程語言構建的，僅在 Web 瀏覽器中運行。這意味著在一個過程中，只有一組指令能夠在給定的時間執行。

僅在當前代碼塊的執行完成后，才移至下一個代碼塊。但是，JavaScript 的單線程性質使實現變得容易。

最初，JavaScript 對于僅用于向網站添加少量交互。所以并沒有對多線程的需求。但是時代已經變了，用戶要求也越來越高，JavaScript 已成為“Web 上流行的編程語言”。

多線程現在變得很普遍。由于 JavaScript 是單線程語言，因此無法在其中實現多線程。幸運的是，在這種情況下，有一個很好的解決方法：Node.js。

Node.js 框架并不少，這要歸功于 JavaScript 運行時環境（尤其是 JavaScript）的普遍流行。在繼續本文之前，讓我們了解一些有關 Node.js 的重要觀點：

1. 可以用 send 函數將消息從子進程傳遞到其他子進程和主進程
2. 支持 fork 多個進程
3. 主進程和子進程之間不共享狀態

為什么要 fork 進程？

在兩種情況下，我們需要 fork 一個流程：

1. 通過將任務委派給其他進程來提高速度
2. 用于釋放內存和卸載單個進程

可以將數據發送到子進程，也可以將其送回。

Node.js 的方式

Node.js 使用兩種類型的線程：

1. 通過事件循環處理主線程，
2. 工作池中有許多輔助線程

事件循環負責獲取回調或函數，并將其注冊以供將來執行。它與正確的 JavaScript 代碼在同一線程中運行。一旦 JavaScript 操作阻塞了線程，事件循環也會被阻塞。

工作池是一個執行模型，負責產生和處理不同的線程。它同步執行任務，然后將結果返回到事件循環，最后事件循環將結果提供給回調。

總而言之，工作池負責異步 I/O 操作，即與系統磁盤和網絡的交互。像 fs 和 crypto 這樣的模塊是使用工作池的主要模塊。

由于工作池是在 libuv 庫中實現的，Node.js 在 JS 和 C++ 之間進行內部通信時會稍有延遲。不過這幾乎是不可察覺的。

一切都很好，直到我們遇到同步執行復雜操作的要求。任何需要大量時間執行的函數都會導致主線程阻塞。

如果程序具有多個占用大量 CPU 的函數，將會導致服務器吞吐量的顯著下降。在最壞的情況下，服務器將會失去響應，并且無法將任務委派給工作池。

諸如 AI、大數據和機器學習之類的領域無法從 Node.js 中受益，因為這些操作阻塞了主線程，并使服務器失去響應。但是這隨著 Node.js v10.5.0 的到來而改變，該版本增加了對多線程的支持。

并發和 CPU 綁定任務的挑戰

在 JavaScript 中建立并發可能很困難。允許多個線程訪問相同的內存會導致競爭狀態，這不僅使故障難以重現，而且解決起來也很困難。

Node.js 最初被實現為基于異步 I/O 的服務器端平臺。通過簡單地消除線程需求，這使很多事情變得容易。是的，Node.js 程序是單線程的，但不是典型的方式。

我們可以在 Node.js 中并行運行，但是不需要創建線程。操作系統和虛擬機共同并行使用 I/O，然后在需要將數據發送回 JavaScript 代碼時，JS 代碼在單個線程中運行。

除 JS 代碼外，所有內容均在 Node.js 中并行運行。與異步塊不同，JS 的同步塊總是一次執行一次。與代碼執行相比，等待 JS 中產生 I/O 事件所話費的時間要多得多。

Node.js 程序僅調用所需的函數或回調，而不會阻止其他代碼的執行。最初 JavaScript 和 Node.js 都不打算處理 CPU 密集型或 CPU 綁定的任務。

當代碼最少時，執行將會是敏捷的。但是計算量越大，執行速度就越慢。

如果你仍然嘗試在 JS 和 Node 中完成 CPU 密集型任務，那么將會使瀏覽器中的 UI 凍結并對所有 I/O 事件進行排隊處理。盡管如此，我們已經走了很遠。現在有了 worker_threads 模塊。

worker_threads 模塊使多線程變得簡單

Node.js v10.5.0 于 2018 年 6 月發布，引入了 worker_threads 模塊。它有助于在流行的 JavaScript 運行時環境中實現并發。該模塊允許創建功能齊全的多線程 Node.js 應用。

從技術上講，工作線程是在單獨的線程中產生的一些代碼。要開始使用輔助線程，需要先導入 worker_threads 模塊。之后需要創建 Worker 類的實例以創建工作線程。

創建 Worker 類的實例時，有兩個參數：

1. 第一個參數提供擴展名 .js 或 .mjs 的文件路徑，其中包含工作程序線程的代碼，
2. 第二個參數提供了一個包含 workerData 屬性的對象，該屬性包含工作線程開始執行時將訪問的數據

輔助線程能夠調度多個消息事件。因此，回調方法優先于返回 promise。

工作線程之間的通信是基于事件的，即偵聽器設置為在工作線程發送事件后立即調用。最常見的 4 個事件是：

worker.on('error', (error) => {});

1. 當工作線程中有未捕獲的異常時發出。接下來工作線程終止，并且該錯誤可以作為回調中的第一個參數使用。

worker.on('exit', (exitCode) => {})

1. 當輔助線程退出時發出。如果在工作線程中調用了 process.exit()，則會將 exitCode 提供給回調。如果 worker.terminate() 終止工作線程，則代碼為 1。

worker.on('message', (data) => {});

1. 當工作線程將數據發送到父線程時發出。

worker.on('online', () => {});

1. 當工作線程停止解析 JS 代碼并開始執行時發出。盡管不常用，但 online 事件在特定情況下可能會提供更多信息。

使用工作線程的方式

有兩種使用工作線程的方法：

• 方法 1 – 涉及產生工作線程，執行其代碼并將結果發送到父線程。此方法需要每次為新任務從頭創建新的 worker 線程。
• 方法 2 – 涉及生成 worker 線程并為消息事件設置偵聽器。每次觸發該消息時，輔助線程都會執行代碼，并將結果發送回父線程。輔助線程保持活動狀態，以備將來使用。

方法 2 也被稱為工作池。這是因為該方法涉及創建 worker 的工作池，先讓他們等待，并在需要時去調度消息事件來執行任務。

由于從頭創建工作線程需要創建虛擬機以及解析和執行代碼，因此官方 Node.js 文檔 建議采用方法 2。此外，方法 2 更為實用，比方法 1 更有效。

worker_threads 模塊中可用的重要屬性

• isMainThread – 當不在工作線程內操作時，此屬性為 true。如果需要，則可以在 worker 文件的開頭包含一個簡單的 if 語句。這樣可以確保它僅作為工作線程運行。
• parentPort – MessagePort 的實例，用于與父線程進行通信。
• threadId – 分配給工作線程的唯一標識符。
• workerData – 包含在 worker 線程的構造函數中的數據。

Node.js 中的多進程

為了使 Node.js 利用多核系統的功能，可以用一些進程。流行的 javascript 運行時環境中有稱被為 cluster 的模塊，該模塊提供對多進程的支持。

使用 cluster 模塊可以產生多個子進程，這些子進程可以共享一個公共端口。當子進程投入使用時，使用 NodeJS 的系統可以處理更大的工作量。

后端的 Node.js

互聯網已經成為全球數以百萬計公司的首選平臺。因此，為使一家企業發揮最大潛力，并在此過程中脫穎而出，必須擁有強大的網絡形象。

這一切都始于一個強大而直觀的網站。要打造一個完美無瑕的網站，重要的是選擇最佳的前端和后端技術。盡管本質上是單線程的，但 Node.js 是開發后端 Web 服務的首選。

盡管有大量的后端多線程選擇，但知名公司還是喜歡 Node.js。這是因為 Node.js 提供了在 JavaScript 中使用多線程的變通方法，而 JavaScript 已經是“Web上最流行的編程語言”。

總結

worker_threads 模塊提供了一種在 Node.js 程序中實現多線程的簡便方法。通過將繁重的計算委派給工作線程，可以顯著提高服務器的吞吐量。

借助對多線程的支持，Node.js 將繼續吸引越來越多的來自 AI、大數據和機器學習等計算密集型領域的開發人員、工程師和其他專業人員。

以上是Node.js中的多線程和多進程是什么的所有內容，感謝各位的閱讀！希望分享的內容對大家有幫助，更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道！