nodejs（三） --- nodejs进程与子进程

　　嗯，对于node的学习还远远不够，这里先做一个简单的api的记录，后续深入学习。

第一部分：nodejs中的全局对象之process进程对象

　　在node中的全局对象是global，相当于浏览器中的window，而process进程对象是global的属性。

　　这一部分主要从 process中的事件、process中的标准流对象、process中的属性、process中的方法这四个方面来介绍，

1、process中的事件

　　process是EventEmitter的一个实例，所以也具有事件监听器的特征。 process中的事件监听器有 exit、 uncaughtException、一些signal。

（1）退出事件： ‘exit’

　　exit事件会在进程退出时触发，用来监听进程退出的状态。 在回调函数中会有一个进程退出的状态码。 如下： 

process.on('exit', function(code) {
  // 进程退出后，其后的事件循环将会结束，计时器也不会被执行
  setTimeout(function() {
    console.log('This will not run');
  }, 0);
  console.log('进程退出码是:', code);
});

//进程退出
process.exit();
//进程正常退出，其退出码为：0

（2）未处理异常： ‘uncaughtException’

　　当进程异常退出时，会触发‘uncaughtException’事件，但是这个异常一般并不明确，所以不建议使用。

//异常捕获
process.on('uncaughtException', function(exception) {
  console.log('捕获到的异常是:', exception);
});
//一个未定义的方法，用来制造异常
nonexistentFunc();

//输出
捕获到的异常是: [ReferenceError: nonexistentFunc is not defined]

（3）信号相关事件

　　如SIGNIT事件，会在使用 ctrl + c的时候触发次信号：

process.stdin.resume();

//使用Control+C键，可以触发SIGINT信号
process.on('SIGINT', function() {
  console.log('收到SIGINT信号，按Control+D键可以退出进程');
});

2、process中的标准流对象

　　在Process中有三个标准流的操作，与stream流操作不同的是，Process中刘操作是阻塞的。

(1)标准输出流： process.stdout

　　这个输出流对象是一个指向标准输出流的可写流 writebal stream。 console.log就是通过 process.stdout 实现的，如下：

console.log = function(d) {
  process.stdout.write(d + '
');
};

（2）标准输入流： process.stdin

　　这是一个指向标准输入流的可读流 readable stream。 标准输入流式暂停的，所以必须调用 process.stdin.resume()来恢复 resume 接受。 使用如下：

process.stdin.on('end', function() {
  process.stdout.write('end');
});

//一个读取输入流的方法
function gets(cb){
  process.stdin.resume();
  process.stdin.setEncoding('utf8');

  process.stdin.on('data', function(chunk) {
     process.stdin.pause();
     cb(chunk);
  });
}

gets(function(reuslt){
  console.log("["+reuslt+"]");
});

（3）标准错误流：process.stderr

　　标准错误流是一个可写流 writable stream。 console.error 就是通过 process.stderr实现的。

3、process中的属性

（1）进程命令行参数的数组： process.argv

　　这是一个当前进程折参数组，第一个参数是node，第二个参数是当前执行的.js文件名，之后是执行的参数列表。

　　例如，当前文件名是 process.js，代码如下：

process.argv.forEach(function(val, index, array) {
  console.log(index + ': ' + val);
});

　　那么执行了 node process.js 之后，输出如下；

0: node
1: /Users/liuht/code/itbilu/demo/process.js

　　增加两个参数 node process.js arg1 arg2执行后，输出如下：

0: node
1: /Users/liuht/code/itbilu/demo/process.js
2: arg1
3: arg2

（2）启动进程程序的路径： process.execPath

　　　中文意思就是process的执行路径。　这个属性会返回启动进程程序的路径，例如 node process.js会返回，/user/local/bin/node， 即node的安装路径。 process.js 的代码如下：

console.log(process.execPath);

（3）node的命令行参数： process.execArgv

　　process.argv不仅仅是命令行参数，还包括其他参数，而这里的process.execArgv就是Node的命令行参数数组。代码如下：

$ node --harmony script.js --version 

　　那么 process.execArgv 返回：

['--harmony'] 

　　而 process.argv 返回：

['/usr/local/bin/node', 'script.js', '--version']

　　

（4）node的运行环境对象： process.env

　　这个属性会返回用户的运行环境对象，如下所示：

（5）进程退出码：process.exitCode

　　这个属性会返回进程默认的退出码， 或者process.exit(code)指定的退出码。

（6）node编译时的版本：process.version

　　这个属性会返回node编译时的版本号。 

（7）node以及其依赖包版本信息： process.versions

　　这个属性返回node以及它所依赖的版本信息，如下：

       

　　即node是基于v8的，这里也返回了v8引擎的信息，还有node本身、http_parser、uv、zlib、ares、icu、modules、openssl。

（8）node编译时的配置信息：process.config

　　即这个属性会返回配置信息，与运行./configure脚本生成的config.gypi文件相同。

　　

（9）指向启动脚本的模块： process.mainModule

　　这个属性会返回指向启动脚本的模块，与require.mian类似。 

（10）当前的进程ID：process.pid

　　返回当前node的进程id。

（11）ps中显示的进程名： process.title

　　process.title属性会返回‘ps’中显示的进程名。 实际上就是node的路径。

（12）当前CPU的架构： process.arch

　　如我的电脑显示 X64

（13）当前进程的运行平台： process.platform 

　　该属性返回执行当前进程的运行平台信息。 如我的电脑返回的是win32。

4、process中的方法

(1)触发abort事件： process.abort()

　　该方法会使得当前node进程abort。

（2）终止当前进程： process.exit([code])

　　该方法会终止当前进程，可以接受一个退出状态的可选参数 code， 不传入时， 会返回表示成功的状态码 0 ， 如下：

process.on('exit', function(code) {
  console.log('进程退出码是:%d', code); // 进程退出码是:1
});

process.exit(1);

（3）获取/设置进程的GID：process.getgid()、process.setuid(id)

　　有些系统不适用，不做讲解。　  

 

（4）获取/设置进程的UID：process.getuid()、process.setuid(id)

　　不做过多讲解。

GID为GroupId，即组ID，用来标识用户组的唯一标识符
UID为UserId，即用户ID，用来标识每个用户的唯一标示符

扩展：
用户组：将同一类用户设置为同一个组，如可将所有的系统管理员设置为admin组，便于分配权限，将某些重要的文件设置为所有admin组用户可以读写，这样可以进行权限分配。
每个用户都有一个唯一的用户id，每个用户组都有一个唯一的组id

（5）获取/设置单钱进程有操作权限的GID数组：process.getgroups()、process.setgroups(groups)

　　

（6）初始化group分组访问列表： process.initgroups(user, extra_group)

　　

（7）向指定进程发送一个信息： process.kill（pid[, signal]）

　　process.kill()方法是用来向指定进程发送一个信号，需要注意的时 kill 方法不仅是用来杀死指定进程的，可以是任何POSIX标准信息。

（8）返回内存使用情况：process.memoryUsage()

　　该方法用于查看内存使用情况：如下；

{ rss: 23105536, heapTotal: 10522624, heapUsed: 5836208 }

（9）延迟方法执行： process.nextTick()　　

process.nextTick(callback[, arg][, ...])

　　该方法用于延迟回调函数的执行，nextTick方法会将callback中的回调函数延迟到事件循环的下一次循环中，与setTimeout(fn, 0)相比nextTick方法效率高很多，该方法能在任何I/O事件之前调用我们的回调函数：

（10）设置或者读取进程文件的权限掩码： process.umask([mask])

　　该方法用于设置或者读取进程文件的权限掩码，子进程从父进程中继承这个掩码。 如果设定了参数mask那么返回旧的掩码，否则返回当前的：

var oldmask, newmask = 0022;

oldmask = process.umask(newmask);
console.log('原掩码: ' + oldmask.toString(8) + '
'
            '新掩码: ' + newmask.toString(8));

（11）返回当前的高精度时间：process.hrtime() 

（12）返回node程序已经运行的秒数： process.uptime()

 （13）工作目录切换： process.chdir(directory)、process.cwd()

　　process.chdir()用于改变进程的工作目录。 process.cwd() 方法返回进程当前的工作目录。 示例如下：

console.log('当前目录：' + process.cwd());
try {
  process.chdir('/tmp');
  console.log('新目录：' + process.cwd());
}
catch (err) {
  console.log('chdir: ' + err);
}

//输出如下
当前目录：/Users/liuht/code/itbilu/demo
新目录：/private/tmp

第二部分：nodejs中进程、线程、单线程理解

　  这一部分，首先介绍进程和线程，node单线程这些知识的理解，后面介绍如何创建多线程。 

• 在开启电脑后，会运行浏览器，微信，视频等软件，然而cpu数量很少，所以使用的时并发的方式，即cpu给不同的进程分配时间片。
• 打开视频，不仅可以有画面，还有音频播放等等，其实是这些进程内的线程在起作用。 一个进程至少要有一个线程。

　　node和浏览器中的JavaScript都是单线程的。 但是，我们要理解node的单线程到底是什么意思？ 　　

实际上， 这里所说的单线程是指我们所编写的代码运行在单线程上，实际上node不是真正的单线程。

 　　

　　比如我们执行 node app.js 时启动了一个进程，但是这个进程并不是只有一个线程，而是同时创建了很多歌线程（比如：异步IO需要的一些IO线程）。 

　　但是，仍然只有一个线程会运行我们编写的代码。 这就是node中单线程的含义。

　　但是node单线程会导致下面的问题：

• 无法利用多核CPU（只能获得一个CPU的时间分片）。
• 错误就会引起整个应用退出（整个应用就一个进程，挂了就挂了）。
• 大量计算长时间占用CPU，导致阻塞线程内的其他操作（异步IO发不出调用，已完成的异步IO回调不能及时执行）。

第三部分：nodejs子进程的创建方式

 　　在node中，大体有三种创建进程的方法：

• exex / execFile
• spawn
• fork

exec/execFile

　　exec(command, options, callback) 和 execFile(file, args, options, callback) 比较类似，会使用一个 Buffer 来存储进程执行后的标准输出结果，他们可以一次性在callback里面获取到。不太适合数据量大的场景。

　　另外，exec会首先创建一个新的shell进程出来，然后执行command； execFile则是直接将可执行的file创建为新进程执行。 所以，execfile 会比 exec 高效一些（后者多了一个shell步骤，前者是直接拿到execfile就执行了）。

　　exec比较适合来执行 shell 命令， 然后获取输出（比如： exec('ps aux | grep "node" ')），但是 execFile 没有这么实用， 因为它实际上只接受了一个可执行的命令，然后执行（没法使用shell里面的管道之类的东西）。

　　

// child.js
console.log('child argv: ', process.argv);

// parent.js
const child_process = require('child_process');
const p = child_process.exec(
  'node child.js a b', // 执行的命令
  {},
  (err, stdout, stderr) => {
    if (err) {
      // err.code 是进程退出时的 exit code，非 0 都被认为错误
      // err.signal 是结束进程时发送给它的信号值
      console.log('err:', err, err.code, err.signal);
    }
    console.log('stdout:', stdout);
    console.log('stderr:', stderr);
  }
);
console.log('child pid:', p.pid);

const p = child_process.execFile(
  'node', // 可执行文件
  ['child.js', 'a', 'b'], // 传递给命令的参数
  {},
  (err, stdout, stderr) => {
    if (err) {
      // err.code 是进程退出时的 exit code，非 0 都被认为错误
      // err.signal 是结束进程时发送给它的信号值
      console.log('err:', err, err.code, err.signal);
    }
    console.log('stdout:', stdout);
    console.log('stderr:', stderr);
  }
);
console.log('child pid:', p.pid);

两个方法还可以传递一些配置项，如下所示:

{
    // 可以指定命令在哪个目录执行
    'cwd': null,
    // 传递环境变量，node 脚本可以通过 process.env 获取到         
    'env': {},
    // 指定 stdout 输出的编码，默认用 utf8 编码为字符串（如果指定为 buffer，那 callback 的 stdout 参数将会是 Buffer）       
    'encoding': 'utf8',
    // 指定执行命令的 shell，默认是 /bin/sh（unix） 或者 cmd.exe（windows）
    'shell': '',
    // kill 进程时发送的信号量
    'killSignal': 'SIGTERM',
    // 子进程超时未执行完，向其发送 killSignal 指定的值来 kill 掉进程
    'timeout': 0,
    // stdout、stderr 允许的最大输出大小（以 byte 为单位），如果超过了，子进程将被 kill 掉（发送 killSignal 值）
    'maxBuffer': 200 * 1024,
    // 指定用户 id
    'uid': 0,
    // 指定组 id
    'gid': 0
}

spawn

　　spawn(command, args, options)适合用在进程的输入、输出数据量比较大的情况（因为它支持steam的方式，而刚才的exec/execFile都是Buffer，而不支持stream的方式）， 可以用于任何命令。

// child.js
console.log('child argv: ', process.argv);
process.stdin.pipe(process.stdout);

// parent.js
const p = child_process.spawn(
  'node', // 需要执行的命令
  ['child.js', 'a', 'b'], // 传递的参数
  {}
);
console.log('child pid:', p.pid);
p.on('exit', code => {
  console.log('exit:', code);
});

// 父进程的输入直接 pipe 给子进程（子进程可以通过 process.stdin 拿到）
process.stdin.pipe(p.stdin);

// 子进程的输出 pipe 给父进程的输出
p.stdout.pipe(process.stdout);
/* 或者通过监听 data 事件来获取结果
var all = '';
p.stdout.on('data', data => {
    all += data; 
});
p.stdout.on('close', code => {
    console.log('close:', code);
    console.log('data:', all);
});
*/

// 子进程的错误输出 pipe 给父进程的错误输出
p.stderr.pipe(process.stderr);

我们可以执行 cat bigdata.txt | node parent.js 来进行测试，bigdata.txt 文件的内容将被打印到终端。

spawn 方法的配置（options）如下：

{
    // 可以指定命令在哪个目录执行
    'cwd': null,
    // 传递环境变量，node 脚本可以通过 process.env 获取到         
    'env': {},
    // 配置子进程的 IO
    'stdio': 'pipe',
    // 为子进程独立运行做好准备
    'detached': false,
    // 指定用户 id
    'uid': 0,
    // 指定组 id
    'gid': 0
}

 

fork

　　fork(modulePath, args, options)实际上是spawn的一个“特例”， 会创建一个新的V8实例。新创建的进程只能用来运行node脚本，不能运行其他命令。

// child.js
console.log('child argv: ', process.argv);
process.stdin.pipe(process.stdout);

// parent.js
const p = child_process.fork(
  'child.js', // 需要执行的脚本路径
  ['a', 'b'], // 传递的参数
  {}
);
console.log('child pid:', p.pid);

p.on('exit', code => {
  console.log('exit:', code);
});

总结：

• exec/execFile: 使用Buffer来存储进程的输出，可以在回调函数中获取输出结果，不太适合数据量大的情况，可以执行任何命令； 不创建V8实例。
• spawn: 支持stream方式操作输入输出，适合数据量打的情况； 可以执行任何命令； 不创建v8实例； 可以创建常驻的后台进程。
• fork: spawn的一个特例； 只能执行node脚本； 会创建一个 V8 实例； 会建立父子进程的IPC通道，能够进行通信。

同步/异步

大部分时候，子进程的创建是异步的。也就是说，它不会阻塞当前的事件循环，这对于性能的提升很有帮助。

当然，有的时候，同步的方式会更方便（阻塞事件循环），比如通过子进程的方式来执行shell脚本时。

node同样提供同步的版本，比如：

• spawnSync()
• execSync()
• execFileSync()

 

 　　忽略上面的答案。。

• 显然：无法使用child_process.create() 来创建。 
• spawn无法接受callback作为参数。
• execFile确实可以直接执行特定程序，参数不被shell解释，因此更具有安全性。
• fork可以在父子进程之前建立IPC管道，便于进程间通讯。 
• 子进程可以是异步的也可以是同步的，大多数时候建立的时异步的，会比较方便。
• execFile不能执行shell命令，而是直接执行文件。