Node.js child_process 模块：exec、spawn 与 fork 方法详解

前言

Node.js 采用单线程运行模式，但依靠事件驱动机制处理并发请求。这种架构允许在多核 CPU 系统中创建多个子进程，从而有效提升系统整体性能。

每个子进程默认包含三个流对象：child.stdin、child.stdout 和 child.stderr。这些流可以选择与父进程的 stdio 共享，也可以配置为独立的流对象进行数据导出。

Node.js 提供了 child_process 模块用于创建子进程，主要包含以下三种方法：

• exec：通过 child_process.exec 执行命令，该方法会缓存子进程的输出，并通过回调函数将结果返回。
• spawn：通过 child_process.spawn 根据指定的命令行参数创建新进程。
• fork：fork 是 spawn 的特殊形式，专门用于在子进程中运行模块文件，例如 fork('./son.js') 等价于 spawn('node', ['./son.js'])。与 spawn 不同，fork 会在父进程与子进程之间建立通信管道，实现进程间通信。

方法说明

exec() 方法

child_process.exec 用于执行子进程命令，它会缓存输出内容，并通过回调函数参数返回子进程的输出结果。

语法格式如下：

child_process.exec(command[, options], callback)

参数

参数说明如下：

• command：字符串类型，表示要运行的命令，多个参数之间使用空格分隔。
• options ：对象，可以是：
  • cwd：字符串类型，指定子进程的当前工作目录。
  • env：对象类型，用于设置环境变量键值对。
  • encoding：字符串类型，指定字符编码，默认为 'utf8'。
  • shell：字符串类型，指定执行命令的 Shell。在 UNIX 系统中默认为 /bin/sh，在 Windows 系统中默认为 cmd.exe。Shell 需要能识别 UNIX 中的 -c 开关，或 Windows 中的 /s /c 开关。在 Windows 中，命令行解析需兼容 cmd.exe。
  • timeout：数字类型，表示超时时间，默认为 0。
  • maxBuffer：数字类型，表示 stdout 或 stderr 中允许存在的最大缓冲区大小（二进制）。如果超出此限制，子进程将被杀死，默认为 200*1024。
  • killSignal：字符串类型，表示结束信号，默认为 'SIGTERM'。
  • uid：数字类型，用于设置用户进程的 ID。
  • gid：数字类型，用于设置进程组的 ID。
• callback：回调函数，包含三个参数 error、stdout 和 stderr。
• exec() 方法会返回最大的缓冲区，并等待进程结束，一次性返回缓冲区的内容。

实例

我们需要创建两个 js 文件：support.js 和 master.js。

support.js 文件代码：

console.log("进程 " + process.argv[2] + " 执行。" );

master.js 文件代码：

const fs = require('fs'); 
const child_process = require('child_process'); 
for(var i=0; i<3; i++) { 
    var workerProcess = child_process.exec('node support.js '+i, 
        function (error, stdout, stderr) {  
            if (error) { 
                console.log(error.stack); 
                console.log('Error code: '+error.code); 
                console.log('Signal received: '+error.signal); 
            } 
            console.log('stdout: ' + stdout); 
            console.log('stderr: ' + stderr); 
        }); 
        workerProcess.on('exit', 
            function (code) { 
                console.log('子进程已退出，退出码 '+code); 
            }); 
}

执行以上代码，输出结果为：

$ node master.js 
子进程已退出，退出码 0
stdout: 进程 1 执行。

stderr: 
子进程已退出，退出码 0
stdout: 进程 0 执行。

stderr: 
子进程已退出，退出码 0
stdout: 进程 2 执行。

stderr:

spawn() 方法

child_process.spawn 用于根据指定的命令行参数创建新进程，语法格式如下：

child_process.spawn(command[, args][, options])

参数

参数说明如下：

• command：将要运行的命令。
• args：Array 类型，表示字符串参数数组。
• options Object
  • cwd：String 类型，指定子进程的当前工作目录。
  • env：Object 类型，用于设置环境变量键值对。
  • stdio：Array|String 类型，配置子进程的 stdio。
  • detached：Boolean 类型，表示该子进程是否会变成进程组的领导。
  • uid：Number 类型，用于设置用户进程的 ID。
  • gid：Number 类型，用于设置进程组的 ID。
• spawn() 方法返回流（stdout 和 stderr），适用于进程返回大量数据的场景。一旦进程开始执行，spawn() 就会开始接收响应。

实例

我们需要创建两个 js 文件：support.js 和 master.js。

support.js 文件代码：

console.log("进程 " + process.argv[2] + " 执行。" );

master.js 文件代码：

const fs = require('fs'); 
const child_process = require('child_process'); 
for(var i=0; i<3; i++) { 
    var workerProcess = child_process.spawn('node', ['support.js', i]); 
    workerProcess.stdout.on('data',
        function (data) { 
            console.log('stdout: ' + data); 
        }); 
        workerProcess.stderr.on('data', 
            function (data) { 
                console.log('stderr: ' + data); }); 
                workerProcess.on('close', 
                    function (code) { 
                        console.log('子进程已退出，退出码 '+code); 
                    }); 
}

执行以上代码，输出结果为：

$ node master.js stdout: 进程 0 执行。
子进程已退出，退出码 0
stdout: 进程 1 执行。
子进程已退出，退出码 0
stdout: 进程 2 执行。
子进程已退出，退出码 0

fork 方法

child_process.fork 是 spawn() 方法的特殊形式，用于创建进程，语法格式如下：

child_process.fork(modulePath[, args][, options])

参数

参数说明如下：

• modulePath：String 类型，表示将在子进程中运行的模块路径。
• args：Array 类型，表示字符串参数数组。
• options：Object
  • cwd：String 类型，指定子进程的当前工作目录。
  • env：Object 类型，用于设置环境变量键值对。
  • execPath：String 类型，指定创建子进程的可执行文件路径。
  • execArgv：Array 类型，表示子进程的可执行文件的字符串参数数组，默认为 process.execArgv。
  • silent：Boolean 类型，如果为 true，子进程的 stdin、stdout 和 stderr 将关联至父进程；否则，它们将从父进程中继承。默认为 false。
  • uid：Number 类型，用于设置用户进程的 ID。
  • gid：Number 类型，用于设置进程组的 ID。

返回的对象除了拥有 ChildProcess 实例的所有方法外，还包含一个内置的通信信道。

实例

我们需要创建两个 js 文件：support.js 和 master.js。

support.js 文件代码：

console.log("进程 " + process.argv[2] + " 执行。" );

master.js 文件代码：

const fs = require('fs'); 
const child_process = require('child_process'); 
for(var i=0; i<3; i++) { 
    var worker_process = child_process.fork("support.js", [i]); 
    worker_process.on('close', 
        function (code) { 
            console.log('子进程已退出，退出码 ' + code); 
        }); 
}

执行以上代码，输出结果为：

$ node master.js 
进程 0 执行。
子进程已退出，退出码 0
进程 1 执行。
子进程已退出，退出码 0
进程 2 执行。
子进程已退出，退出码 0

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