Node.js 多进程详解：exec、spawn 与 fork 方法对比

Node.js 多进程基础

Node.js 默认采用单线程运行模式，但通过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，从而充分利用硬件资源并提升整体性能。

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被导流对象。

子进程创建方法概述

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 方法：通过子进程执行命令，会缓存输出结果，并通过回调函数将子进程的输出返回。
• spawn 方法：使用指定的命令行参数创建新进程，适用于需要持续接收大量数据的场景。
• fork 方法：这是 spawn() 的特殊形式，专门用于在子进程中运行模块（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。

exec 方法详解与实例

exec() 方法详解

child_process.exec 用于执行命令，它会缓存子进程的输出，并通过回调函数参数将结果返回。

其语法格式如下：

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

参数说明

具体参数定义如下：

command：字符串类型，表示要执行的命令，多个参数之间使用空格分隔。

options：对象类型，可包含以下配置项：

• cwd：字符串，指定子进程的当前工作目录。
• env：对象，用于设置环境变量键值对。
• encoding：字符串，指定字符编码，默认为 'utf8'。
• shell：字符串，指定执行命令的 Shell。在 UNIX 系统中默认为 /bin/sh，在 Windows 中默认为 cmd.exe。Shell 需能识别 UNIX 中的 -c 开关，或 Windows 中的 /s /c 开关。Windows 下的命令行解析应兼容 cmd.exe。
• timeout：数字，指定超时时间，默认为 0（无超时限制）。
• maxBuffer：数字，指定 stdout 或 stderr 中允许存在的最大缓冲区大小（二进制）。若超出此限制，子进程将被杀死，默认为 200*1024。
• killSignal：字符串，指定终止信号，默认为 'SIGTERM'。
• uid：数字，用于设置进程的用户 ID。
• gid：数字，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。

实例演示

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

support.js 文件代码如下：

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

master.js 文件代码如下：

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);
  });
}

执行上述代码，输出结果如下：

$ 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 方法详解与实例

spawn() 方法详解

child_process.spawn 用于使用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])

参数说明

具体参数定义如下：

command：字符串，表示要执行的命令。

args：数组类型，包含字符串形式的参数数组。

options：对象类型，可包含以下配置：

• cwd：字符串，指定子进程的当前工作目录。
• env：对象，用于设置环境变量键值对。
• stdio：数组或字符串，配置子进程的 stdio。
• detached：布尔值，若为 true，该子进程将成为进程组的领导。
• uid：数字，用于设置进程的用户 ID。
• gid：数字，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() 便开始接收响应。

实例演示

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

support.js 文件代码如下：

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

master.js 文件代码如下：

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);
  });
}

执行上述代码，输出结果如下：

$ 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 方法详解与实例

fork 方法详解

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])

参数说明

具体参数定义如下：

modulePath：字符串，指定要在子进程中运行的模块路径。

args：数组类型，包含字符串形式的参数数组。

options：对象类型，可包含以下配置：

• cwd：字符串，指定子进程的当前工作目录。
• env：对象，用于设置环境变量键值对。
• execPath：字符串，指定创建子进程的可执行文件路径。
• execArgv：数组，指定子进程可执行文件的字符串参数数组，默认为 process.execArgv。
• silent：布尔值，若为 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：数字，用于设置进程的用户 ID。
• gid：数字，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。

实例演示

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

support.js 文件代码如下：

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

master.js 文件代码如下：

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);
  });
}

执行上述代码，输出结果如下：

$ 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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