摘要：嚴格來說，并不是單線程的。其他異步和事件驅(qū)動相關的線程通過來實現(xiàn)內(nèi)部的線程池和線程調(diào)度。線程是最小的進程，因此也是單進程的。子進程中執(zhí)行的是非程序，提供一組參數(shù)后，執(zhí)行的結(jié)果以回調(diào)的形式返回。在子進程中通過和的機制來接收和發(fā)送消息。

??node遵循的是單線程單進程的模式，node的單線程是指js的引擎只有一個實例，且在nodejs的主線程中執(zhí)行，同時node以事件驅(qū)動的方式處理IO等異步操作。node的單線程模式，只維持一個主線程，大大減少了線程間切換的開銷。

??但是node的單線程使得在主線程不能進行CPU密集型操作，否則會阻塞主線程。對于CPU密集型操作，在node中通過child_process可以創(chuàng)建獨立的子進程，父子進程通過IPC通信，子進程可以是外部應用也可以是node子程序，子進程執(zhí)行后可以將結(jié)果返回給父進程。

??此外，node的單線程，以單一進程運行，因此無法利用多核CPU以及其他資源，為了調(diào)度多核CPU等資源，node還提供了cluster模塊，利用多核CPU的資源，使得可以通過一串node子進程去處理負載任務，同時保證一定的負載均衡型。本文從node的單線程單進程的理解觸發(fā)，介紹了child_process模塊和cluster模塊，本文的結(jié)構(gòu)安排如下：

node中的單線程和單進程
node中的child_process模塊實現(xiàn)多進程
node中的cluster模塊
總結(jié)

原文的地址，在我的博客中：https://github.com/forthealll...

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??首先要理解的概念是，node的單線程和單進程的模式。node的單線程于其他語言的多線程模式相比，減小了線程間切換的開銷，以及在寫node代碼的時候不用考慮鎖以及線程池的問題。node宣稱的單線程模式，比其他語言更加適合IO密集型操作。那么一個經(jīng)典的問題是：

node是真的單線程的嗎？

提到node，我們就可以立刻想到單線程、異步IO、事件驅(qū)動等字眼。首先要明確的是node真的是單線程的嗎，如果是單線程的，那么異步IO，以及定時事件（setTimeout、setInterval等）又是在哪里被執(zhí)行的。

嚴格來說，node并不是單線程的。node中存在著多種線程，包括：

js引擎執(zhí)行的線程

定時器線程(setTimeout, setInterval)

異步http線程(ajax)

....

??我們平時所說的單線程是指node中只有一個js引擎在主線程上運行。其他異步IO和事件驅(qū)動相關的線程通過libuv來實現(xiàn)內(nèi)部的線程池和線程調(diào)度。libv中存在了一個Event Loop，通過Event Loop來切換實現(xiàn)類似于多線程的效果。簡單的來講Event Loop就是維持一個執(zhí)行棧和一個事件隊列，當前執(zhí)行棧中的如果發(fā)現(xiàn)異步IO以及定時器等函數(shù)，就會把這些異步回調(diào)函數(shù)放入到事件隊列中。當前執(zhí)行棧執(zhí)行完成后，從事件隊列中，按照一定的順序執(zhí)行事件隊列中的異步回調(diào)函數(shù)。

上圖中從執(zhí)行棧，到事件隊列，最后事件隊列中按照一定的順序執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，整個過程就是一個簡化版的Event Loop。此外回調(diào)函數(shù)執(zhí)行時，同樣會生成一個執(zhí)行棧，在回調(diào)函數(shù)里面還有可能嵌套異步的函數(shù)，也就是說執(zhí)行棧存在著嵌套。

也就是說node中的單線程是指js引擎只在唯一的主線程上運行，其他的異步操作，也是有獨立的線程去執(zhí)行，通過libv的Event Loop實現(xiàn)了類似于多線程的上下文切換以及線程池調(diào)度。線程是最小的進程，因此node也是單進程的。這樣就解釋了為什么node是單線程和單進程的。

??node是單進程的，必然存在一個問題，就是無法充分利用cpu等資源。node提供了child_process模塊來實現(xiàn)子進程，從而實現(xiàn)一個廣義上的多進程的模式。通過child_process模塊，可以實現(xiàn)1個主進程，多個子進程的模式，主進程稱為master進程，子進程又稱工作進程。在子進程中不僅可以調(diào)用其他node程序，也可以執(zhí)行非node程序以及shell命令等等，執(zhí)行完子進程后，以流或者回調(diào)的形式返回。

child_process提供了4個方法，用于新建子進程，這4個方法分別為spawn、execFile、exec和fork。所有的方法都是異步的，可以用一張圖來描述這4個方法的區(qū)別。

上圖可以展示出這4個方法的區(qū)別，我們也可以簡要介紹這4中方法的不同。

spawn ： 子進程中執(zhí)行的是非node程序，提供一組參數(shù)后，執(zhí)行的結(jié)果以流的形式返回。

execFile：子進程中執(zhí)行的是非node程序，提供一組參數(shù)后，執(zhí)行的結(jié)果以回調(diào)的形式返回。

exec：子進程執(zhí)行的是非node程序，傳入一串shell命令，執(zhí)行后結(jié)果以回調(diào)的形式返回，與execFile
不同的是exec可以直接執(zhí)行一串shell命令。

fork：子進程執(zhí)行的是node程序，提供一組參數(shù)后，執(zhí)行的結(jié)果以流的形式返回，與spawn不同，fork生成的子進程只能執(zhí)行node應用。接下來的小節(jié)將具體的介紹這一些方法。

我們首先比較execFile和exec的區(qū)別，這兩個方法的相同點：

執(zhí)行的是非node應用，且執(zhí)行后的結(jié)果以回調(diào)函數(shù)的形式返回。

不同點是：

exec是直接執(zhí)行的一段shell命令，而execFile是執(zhí)行的一個應用

舉例來說，echo是UNIX系統(tǒng)的一個自帶命令，我們直接可以在命令行執(zhí)行：

echo hello world

結(jié)果，在命令行中會打印出hello world.

新建一個main.js文件中，如果要使用exec方法，那么則在該文件中寫入：

let cp=require("child_process");
cp.exec("echo hello world",function(err,stdout){
  console.log(stdout);
});

執(zhí)行這個main.js，結(jié)果會輸出hello world。我們發(fā)現(xiàn)exec的第一個參數(shù)，跟shell命令完全相似。

let cp=require("child_process");
cp.execFile("echo",["hello","world"],function(err,stdout){
   console.log(stdout);
});

execFile類似于執(zhí)行了名為echo的應用，然后傳入?yún)?shù)。execFlie會在process.env.PATH的路徑中依次尋找是否有名為"echo"的應用，找到后就會執(zhí)行。默認的process.env.PATH路徑中包含了"usr/local/bin",而這個"usr/local/bin"目錄中就存在了這個名為"echo"的程序，傳入hello和world兩個參數(shù)，執(zhí)行后返回。

像exec那樣，可以直接執(zhí)行一段shell是極為不安全的，比如有這么一段shell：

echo hello world;rm -rf

通過exec是可以直接執(zhí)行的，rm -rf會刪除當前目錄下的文件。exec正如命令行一樣，執(zhí)行的等級很高，執(zhí)行后會出現(xiàn)安全性的問題，而execFile不同：

execFile("echo",["hello","world",";rm -rf"])

在傳入?yún)?shù)的同時，會檢測傳入實參執(zhí)行的安全性，如果存在安全性問題，會拋出異常。除了execFile外，spawn和fork也都不能直接執(zhí)行shell，因此安全性較高。

spawn同樣是用于執(zhí)行非node應用，且不能直接執(zhí)行shell，與execFile相比，spawn執(zhí)行應用后的結(jié)果并不是執(zhí)行完成后，一次性的輸出的，而是以流的形式輸出。對于大批量的數(shù)據(jù)輸出，通過流的形式可以介紹內(nèi)存的使用。

我們用一個文件的排序和去重來舉例：

上述圖片示意圖中，首先讀取的input.txt文件中有acba未經(jīng)排序的文字，通過sort程序后可以實現(xiàn)排序功能，輸出為aabc，最后通過uniq程序可以去重，得到abc。我們可以用spawn流形式的輸入輸出來實現(xiàn)上述功能：

let cp=require("child_process");
let cat=cp.spawn("cat",["input.txt"]);
let sort=cp.spawn("sort");
let uniq=cp.spawn("uniq");

cat.stdout.pipe(sort.stdin);
sort.stdout.pipe(uniq.stdin);
uniq.stdout.pipe(process.stdout);
console.log(process.stdout);

執(zhí)行后，最后的結(jié)果將輸入到process.stdout中。如果input.txt這個文件較大，那么以流的形式輸入輸出可以明顯減小內(nèi)存的占用，通過設置緩沖區(qū)的形式，減小內(nèi)存占用的同時也可以提高輸入輸出的效率。

在javascript中，在處理大量計算的任務方面，HTML里面通過web work來實現(xiàn)，使得任務脫離了主線程。在node中使用了一種內(nèi)置于父進程和子進程之間的通信來處理該問題，降低了大數(shù)據(jù)運行的壓力。node中提供了fork方法，通過fork方法在多帶帶的進程中執(zhí)行node程序，并且通過父子間的通信，子進程接受父進程的信息，并將執(zhí)行后的結(jié)果返回給父進程。

使用fork方法，可以在父進程和子進程之間開放一個IPC通道，使得不同的node進程間可以進行消息通信。

在子進程中：

通過process.on("message")和process.send()的機制來接收和發(fā)送消息。

在父進程中：

通過child.on("message")和process.send()的機制來接收和發(fā)送消息。

具體例子，在child.js中：

process.on("message",function(msg){
   process.send(msg)
})

在parent.js中：

let cp=require("child_process");
let child=cp.fork("./child");
child.on("message",function(msg){
  console.log("got a message is",msg);
});
child.send("hello world");

執(zhí)行parent.js會在命令行輸出：got a message is hello world

中斷父子間通信的方式，可以通過在父進程中調(diào)用：

child.disconnect()

來實現(xiàn)斷開父子間IPC通信。

exec、execFile、spawn和fork執(zhí)行的子進程都是默認異步的，子進程的運行不會阻塞主進程。除此之外，child_process模塊同樣也提供了execFileSync、spawnSync和execSync來實現(xiàn)同步的方式執(zhí)行子進程。

cluster意為集成，集成了兩個方面，第一個方面就是集成了child_process.fork方法創(chuàng)建node子進程的方式，第二個方面就是集成了根據(jù)多核CPU創(chuàng)建子進程后，自動控制負載均衡的方式。

我們從官網(wǎng)的例子來看：

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

if (cluster.isMaster) {
  console.log(`主進程 ${process.pid} 正在運行`);

  // 衍生工作進程。
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on("exit", (worker, code, signal) => {
    console.log(`工作進程 ${worker.process.pid} 已退出`);
  });
} else {
  // 工作進程可以共享任何 TCP 連接。
  // 在本例子中，共享的是一個 HTTP 服務器。
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end("你好世界
");
  }).listen(8000);

  console.log(`工作進程 ${process.pid} 已啟動`);
}

最后輸出的結(jié)果為：

$ node server.js
主進程 3596 正在運行
工作進程 4324 已啟動
工作進程 4520 已啟動
工作進程 6056 已啟動
工作進程 5644 已啟動

我們將master稱為主進程，而worker進程稱為工作進程，利用cluster模塊，使用node封裝好的API、IPC通道和調(diào)度機可以非常簡單的創(chuàng)建包括一個master進程下HTTP代理服務器 + 多個worker進程多個HTTP應用服務器的架構(gòu)。

本文首先介紹了node的單線程和單進程模式，接著從單線程的缺陷觸發(fā)，介紹了node中如何實現(xiàn)子進程的方法，對比了child_process模塊中幾種不同的子進程生成方案，最后簡單介紹了內(nèi)置的可以實現(xiàn)子進程以及CPU進程負載均衡的內(nèi)置集成模塊cluster。