线程和进程是计算机操作系统的基本概念。它们是程序员中的高频词。如何理解它们？Node.js中的进程和线程呢？1.进程与线程1.1、专业文本定义进程（Process），进程是计算机中关于数据集上运行活动的程序，它是系统进行资源分配和调度的基本单位，是系统运行的基础操作系统结构。进程是线程的容器。线程（Thread），线程是操作系统能够进行计算调度的最小单位，包含在进程中，是进程中实际运行的单位。1.2.通俗理解上面的描述比较生硬，看完可能看不懂，不利于理解和记忆。那么我们举一个简单的例子：假设你是一个快递站点的快递员。一开始，该站点负责该地区的居民不多，您是唯一一个捡拾物品的人。把包裹送到张三家，再到李四家取件，一件件的事情都要处理。这就是所谓的单线程，所有的工作都必须按顺序进行。后来这一带的住户多了，工地派了好几个兄弟到这一带，还有一个组长。你可以服务更多的居民。这称为多线程。组长为主线程，各兄弟为线程。快递站点使用的手推车等工具由站点提供，每个人都可以使用，不是只供一个人使用。这称为多线程资源共享。目前工地手推车只有一台，大家需要用到。这称为冲突。解决办法有很多种，排队等待或者其他兄弟用完后等待通知，这就叫线程同步。总公司有很多站点，每个站点的运行模式几乎完全一样，这叫多进程。总公司称为主进程，各站点称为子进程。总公司与站点之间，各站点之间，手推车相互独立，不能混用。这称为进程之间不共享资源。这些站可以通过电话或其他方式连接，这称为管道。站点之间还有其他协调方式，以方便完成更大的计算任务，这称为进程间同步。也可以看看阮一峰的《进程与线程的简单解释》。2.Node.js中的进程和线程Node.js是单线程服务，事件驱动和非阻塞I/O模型的语言特性使得Node.js高效轻量。优点是避免了频繁的线程切换和资源冲突；擅长I/O密集型操作（底层模块libuv通过多线程调用操作系统提供的异步I/O能力进行多任务执行），但是对于服务端的Node.js，可能有每秒处理数百个请求。面对CPU密集型请求时，由于是单线程模式，难免会造成阻塞。2.1、Node.js阻塞我们使用Koa简单搭建一个web服务，使用斐波那契数列的方法来模拟Node.js如何处理CPU密集型计算任务：Fibonacci数列，又称黄金分割数列，本系列开始从第三项开始，每一项等于前两项：0,1,1,2,3,5,8,13,21,......//app.jsconstkoa=require('koa')constrouter=require('koa-router')()constapp=newKoa()//用于测试是否被阻塞router.get('/test',(ctx)=>{ctx.body={pid:process.pid,msg:'HelloWorld'}})router.get('/fibo',(ctx)=>{const{num=38}=ctx.queryconststart=Date.now()//斐波那契数列constfibo=(n)=>{returnn>1?fibo(n-1)+fibo(n-2):1}fibo(num)ctx.body={pid:process.pid,duration:Date.now()-start}})app.use(router.routes())app.listen(9000,()=>{console.log('Serverisrunningon9000')})执行节点应用程序。js启动服务，使用Postman发送请求。可以看到38次计算耗时617ms。也就是说，因为执行了一个CPU密集型的计算任务，Node.js主线程被阻塞了六百毫秒。如果同时处理的请求较多，或者计算任务比较复杂，这些请求之后的所有请求都会延迟执行。让我们创建一个新的axios.js来模拟发送多个请求。此时，将app.js中的fibo计算次数改为43次，模拟更复杂的计算任务：//axios.jsconstaxios=require('axios')conststart=Date.now()constfn=(url)=>{axios.get(`http://127.0.0.1:9000/${url}`).then((res)=>{console.log(res.data,`耗时：${Date.now()-start}ms`)})}fn('test')fn('fibo?num=43')fn('test')可以看出，当请求需要进行CPU密集型计算时任务，后续请求被阻塞并等待。如果这样的请求太多了，服务基本上就会被阻塞卡住。对于这个不足，Node.js一直在弥补。2.2.master-workermaster-worker模式是一种并行模式。核心思想是：当系统有两个或多个进程或线程协同工作时，master负责接收、分配和整合任务，worker负责处理任务。2.3.多线程线程是CPU调度的基本单元。它只能同时执行一个线程的任务，同一个线程只能被一个CPU调用。如果您使用的是多核CPU，您将无法充分发挥CPU的性能。多线程给我们带来了灵活的编程方式，但是我们需要学习更多的Api知识，写的代码越多，风险也越大。线程切换和锁也会增加系统资源的开销。worker_threads工作线程，为Node.js提供真正的多线程能力。worker_threads是Node.js提供的多线程API。对于执行CPU密集型计算任务很有用，对于I/O密集型操作帮助不大，因为Node.js内置的异步I/O操作比worker_threads更高效。worker_threads中的worker，parentPort主要用于子线程和主线程的消息交互。稍微修改app.js将CPU密集型计算任务分配给子线程：//app.jsconstKoa=require('koa')constrouter=require('koa-router')()const{Worker}=require('worker_threads')constapp=newKoa()//用于测试是否阻塞router.get('/test',(ctx)=>{ctx.body={pid:process.pid,msg:'HelloWorld'}})router.get('/fibo',async(ctx)=>{const{num=38}=ctx.queryctx.body=awaitasyncFibo(num)})constasyncFibo=(num)=>{returnnewPromise((resolve,reject)=>{//创建工作线程并传递数据constworker=newWorker('./fibo.js',{workerData:{num}})//主线程监听子线程发送的消息worker.on('message',resolve)worker.on('error',reject)worker.on('exit',(code)=>{if(code!==0)reject(newError(`Worker以退出代码${code}`))})})}app.use(router.routes())app.listen(9000,()=>{console.log('服务器正在运行在9000')})添加fibo.js文件来处理复杂的计算任务：const{workerData,parentPort}=require('worker_threads')const{num}=workerDataconststart=Date.now()//斐波那契数列constfibo=(n)=>{returnn>1?fibo(n-1)+fibo(n-2):1}fibo(num)parentPort.postMessage({pid:process.pid,duration:Date.now()-start})执行上面的axios.js，在这次app.js中的fibo计算次数改为43，模拟更复杂的计算任务：可以看到当CPU密集型计算任务交给子线程处理时，主线程没有不再阻塞，只需要等待子线程处理完成后，主线程只需要接收子线程返回的结果，其他请求不再受影响，有资源开销。线程是CPU调度的基本单位。它只能同时执行一个线程的任务，同一个线程只能被一个CPU调用。让我们重新回顾一下本节开头提到的线程和CPU描述。这时因为是新线程，可以在其他CPU核上执行，可以充分利用多核CPU。2.4.多进程Node.js提供了cluster模块，以充分利用CPU的多核能力。集群可以通过一个父进程管理多个子进程来实现集群功能。child_process子进程，生成一个新的Node.js进程，并使用已建立的IPC通信通道调用指定的模块。cluster集群可以创建共享server端口的子进程，worker进程使用child_process的fork方法派生。集群底层是child_process，master进程是master进程，启动一个agent进程和n个worker进程，agent进程处理一些公共事务，比如日志等；worker进程使用已建立的IPC（Inter-ProcessCommunication）通信通道与master进程通信，与master进程共享服务端口。添加fibo-10.js以模拟发送10个请求：//fibo-10.jsconstaxios=require('axios')consturl=`http://127.0.0.1:9000/fibo?num=38`conststart=Date.now()for(leti=0;i<10;i++){axios.get(url).then((res)=>{console.log(res.data,`耗时：${Date．//app.jsconstcluster=require('cluster')consthttp=require('http')constnumCPUs=require('os').cpus().length//constnumCPUs=10//工作进程的数量一般与CPU核数相同constkoa=require('koa')constrouter=require('koa-router')()constapp=newKoa()//用于测试是否被阻塞router.get('/test',(ctx)=>{ctx.body={pid:process.pid,msg:'HelloWorld'}})router.get('/fibo',(ctx)=>{const{num=38}=ctx.queryconststart=Date.now()//斐波那契数列constfibo=(n)=>{returnn>1?fibo(n-1)+fibo(n-2):1}fibo(num)ctx.body={pid:进程.pid,duration:Date.now()-start}})app.use(router.routes())if(cluster.isMaster){console.log(`Master${process.pid}isrunning`)//spawnworkerprocessfor(leti=0;i
