深入浅出：理解进程、线程与Node.js子进程的完整指南

什么是进程

场景

notepad.exe是一个程序，不是进程
双击notepad.exe时，操作系统会开启一个进程

定义

进程是程序的执行实例
程序在CPU上执行时的活动叫做进程
实际上并没有明确的定义，只有一些规则

特点

一个进程可以创建另一个进程(父进程与子进程)
通过任务管理器可以看到进程

了解CPU

特点

一个单核CPU,在一个时刻，只能做一件事情
那么如何让用户同时看电影、听声音、写代码呢？
答案是在不同进程中快速切换

多程序并发执行

指多个程序在宏观上并行，微观上串行
每个进程会出现「执行-暂停-执行」的规律
多个进程之间会出现抢资源（如打印机被占用）的现象

进程的两个状态

非运行和运行状态的切换

进程队列分派cpu的过程

什么事进程阻塞

等待执行的进程中都是非运行态
某一些(A)在等待CPU资源另一些(B)在等待I/O完成（如文件读取）
如果这个时候把CPU分配给B进程，B还是在等I/O
我们把这个B叫做阻塞进程，因此，分派程序只会把CPU分配给非阻塞进程
了解阻塞的概念之后，进程的状态就会多一个阻塞态，非运行变成就绪和阻塞两种

线程Thread的引入

线程的引入，分为以下两个阶段

在面向进程设计的系统中，进程是程序的基本执行实体
在面向线程设计的系统中，进程本身不是基本运行单位，而是线程的容器

引入原因

进程是执行的基本实体，也是资源分配的基本实体
导致进程的创建、切换、销毁太消耗CPU时间了，于是引入线程，线程作为执行的基本实体
而进程只作为资源分配的基本实体，此处可以以设计师和工程师分开招聘举例

线程Thread的概念

基础概念

CPU调度和执行的最小单元
一个进程中至少有一个线程，可以有多个线程
一个进程中的线程共享该进程的所有资源
进程的第一个线程叫做初始化线程
线程的调度可以由操作系统负责，也可以用户自己负责

举例

浏览器进程里面有渲染引擎、V8引擎、存储模块、网络模块、用户界面模块等
每个模块都可以放在一个线程里

node-js的child_process之exec的使用

使用目的

子进程的运行结果储存在系统缓存之中（最大200Kb）
等到子进程运行结束以后，主进程再用回调函数读取子进程的运行结果
这段代码是使用Node.js中的child_process模块来执行操作系统的命令。
具体来说，它执行了一个ls命令，该命令用于列出指定目录中的文件和子目录。

const child_process = require('child_process')
const {exec} = child_process


exec('ls ../', (error, stdout, stderr)=>{
  console.log(error)
  console.log(stdout)
  console.log(stderr)
})

可以改成流的形式

const { exec } = require('child_process');

// 使用 exec 方法创建子进程
const child = exec('ls ../');

// 处理标准输出
child.stdout.on('data', (data) => {
  console.log(`stdout: ${data}`);
});

// 处理标准错误输出
child.stderr.on('data', (data) => {
  console.error(`stderr: ${data}`);
});

// 处理子进程关闭事件
child.on('close', (code) => {
  console.log(`子进程退出，退出码 ${code}`);
});

我们也可以用Node.js的util.promisify来将exec方法转换为返回Promise的形式


const child_process = require('child_process')
const util = require("util")
const {exec} = child_process

const exec2 = util.promisify(exec)


exec2('ls ../').then(data=>{
  console.log(data.stdout)
})

exec的风险

exec有风险可能会被注入，执行意外的代码。下面代码中如果用户输入包含恶意代码，可能导致不安全的命令执行。

const child_process = require('child_process')
const util = require("util")
const {exec} = child_process
const exec2 = util.promisify(exec)
const userInput = '. && pwd'

exec2(`ls ${userInput}`).then(data=>{
  console.log(data.stdout)
})

避免风险exec的风险使用execFile

因为它传递的参数是数组，避免了直接字符串拼接。

const child_process = require('child_process')
const util = require("util")
const {execFile} = child_process

const userInput = ".";

execFile("ls", ["-la", userInput], (error, stdout) => {
  console.log(error)
  console.log(stdout)
})

execFile支持流，可以改写成流的形式

const userInput = ".";

const streams = execFile("ls", ["-la", userInput])

streams.stdout.on('data', (chunk)=> {
  console.log(chunk)
})

execFile的options参数

cwd-Current working directory
env-环境变量
shell-用什么shell
maxBuffer-最大缓存，默认1024*1024字节

execFile("ls", ["-la", userInput], {
  cwd: '/',
  env: {
    NODE_ENV: 'development'
  },
  shell: 'bash',
  maxBuffer: 1024 * 1024 
}, (error, stdout) => {
  console.log(error)
  console.log(stdout)
})

第三个Api,spawn

中文意思是产卵

用法与execFile方法类似
没有回调函数，只能通过流事件获取结果
没有最大200Kb的限制（因为是流）

经验

能用spawn的时候就不要用execFile，速度快也没有缓存大小限制

const userInput = ".";
const streams = spawn("ls", ["-la", userInput], {
  cwd: '/',
  env: {
    NODE_ENV: 'development'
  },
})
streams.stdout.on('data', (chunk)=> {
  console.log(chunk.toString())
})

第四个api，fork

作用

创建一个子进程，执行Node脚本
fork(‘./child.js’)相当于spawn(‘node’,[‘./child.js’])

特点

会多出一个message事件，用于父子通信
会多出一个send方法

例子

新建n.js和child.js
n.js

const child_process = require('child_process')
let n = child_process.fork('./child.js');
n.on('message', function (m) {
  console.log('父进程得到值:', m);
});

child.js

setTimeout(()=>{
  process.send({foo: 'bar'});
},2000)

可以得到如下结果

总结:

fork像是spawn的语法糖，但是经常只用fork

子线程的使用

worker threads
API列表

isMainThread
new Worker(filename)
parentPort
postMessage

事件列表

message
exit

例子

const {Worker, isMainThread, parentPort} = require('worker_threads');
if (isMainThread) {
  const worker = new Worker(__filename);
  worker.once('message', (message) => {
    console.log('father', message);
  });
  worker.postMessage('Hello,world!');
} else {
  parentPort.once('message', (message) => {
    console.log('son start')
    parentPort.postMessage(message);
    console.log('son done')
  });
}