深入Node.js的進程與子進程：從文檔到實踐

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進程：process模塊

process 模塊是 nodejs 提供給開發者用來和當前進程交互的工具，它的提供了很多實用的 API。從文檔出發，管中窺豹，進一步認識和學習 process 模塊：

• 如何處理命令參數？
• 如何處理工作目錄？
• 如何處理異常？
• 如何處理進程退出？
• process 的標准流對象
• 深入理解 process.nextTick

如何處理命令參數？

命令行參數指的是 2 個方面：

• 傳給 node 的參數。例如 node --harmony script.js --version 中， --harmony 就是傳給 node 的參數
• 傳給進程的參數。例如 node script.js --version --help 中， --version --help 就是傳給進程的參數

它們分別通過 process.argv 和 process.execArgv 來獲得。

如何處理工作目錄？

通過process.cwd()可以獲取當前的工作目錄。

通過process.chdir(directory)可以切換當前的工作目錄，失敗后會拋出異常。實踐如下：

function safeChdir(dir) {
    try {
        process.chdir(dir);
        return true;
    } catch (error) {
        return false;
    }
}

如何處理異常？

uncaughtException 事件

Nodejs 可以通過 try-catch 來捕獲異常。如果異常未捕獲，則會一直從底向事件循環冒泡。如是冒泡到事件循環的異常沒被處理，那么就會導致當前進程異常退出。

根據文檔，可以通過監聽 process 的 uncaughtException 事件，來處理未捕獲的異常：

process.on("uncaughtException", (err, origin) => {
    console.log(err.message);
});
const a = 1 / b;
 console.log("abc"); // 不會執行
 

上面的代碼，控制台的輸出是：b is not defined。捕獲了錯誤信息，並且進程以0退出。開發者可以在 uncaughtException 事件中，清除一些已經分配的資源（文件描述符、句柄等），不推薦在其中重啟進程。

unhandledRejection 事件

如果一個 Promise 回調的異常沒有被.catch()捕獲，那么就會觸發 process 的 unhandledRejection 事件：

process.on("unhandledRejection", (err, promise) => {
    console.log(err.message);
});
Promise.reject(new Error("錯誤信息")); // 未被catch捕獲的異常，交由unhandledRejection事件處理
 

warning 事件

告警不是 Node.js 和 Javascript 錯誤處理流程的正式組成部分。 一旦探測到可能導致應用性能問題，缺陷或安全隱患相關的代碼實踐，Node.js 就可發出告警。

比如前一段代碼中，如果出現未被捕獲的 promise 回調的異常，那么就會觸發 warning 事件。

如何處理進程退出？

process.exit() vs process.exitCode

一個 nodejs 進程，可以通過 process.exit() 來指定退出代碼，直接退出。不推薦直接使用 process.exit()，這會導致事件循環中的任務直接不被處理，以及可能導致數據的截斷和丟失（例如 stdout 的寫入）。

setTimeout(() => {
    console.log("我不會執行");
});
process.exit(0);
 

正確安全的處理是，設置 process.exitCode，並允許進程自然退出。

setTimeout(() => {
    console.log("我不會執行");
});
process.exitCode = 1;
 

beforeExit 事件

用於處理進程退出的事件有：beforeExit 事件 和 exit 事件。

當 Node.js 清空其事件循環並且沒有其他工作要安排時，會觸發 beforeExit 事件。例如在退出前需要一些異步操作，那么可以寫在 beforeExit 事件中：

let hasSend = false;
process.on("beforeExit", () => {
    if (hasSend) return; // 避免死循環
setTimeout(<span class="hljs-function" style="line-height: 26px;"><span class="hljs-params" style="line-height: 26px;">()</span> =&gt;</span> {
    <span class="hljs-built_in" style="color: #0086b3; line-height: 26px;">console</span>.log(<span class="hljs-string" style="color: #d14; line-height: 26px;">"mock send data to serve"</span>);
    hasSend = <span class="hljs-literal" style="color: #008080; line-height: 26px;">true</span>;
}, <span class="hljs-number" style="color: #008080; line-height: 26px;">500</span>);

});
console.log(".......");
 // 輸出：
 // .......
 // mock send data to serve
 

注意：在 beforeExit 事件中如果是異步任務，那么又會被添加到任務隊列。此時，任務隊列完成所有任務后，又回觸發 beforeExit 事件。因此，不處理的話，可能出現死循環的情況。如果是顯式調用 exit()，那么不會觸發此事件。

exit 事件

在 exit 事件中，只能執行同步操作。在調用 'exit' 事件監聽器之后，Node.js 進程將立即退出，從而導致在事件循環中仍排隊的任何其他工作被放棄。

process 的標准流對象

process 提供了 3 個標准流。需要注意的是，它們有些在某些時候是同步阻塞的（請見文檔）。

• process.stderr：WriteStream 類型， console.error的底層實現，默認對應屏幕
• process.stdout：WriteStream 類型， console.log的底層實現，默認對應屏幕
• process.stdin：ReadStream 類型，默認對應鍵盤輸入

下面是基於“生產者-消費者模型”的讀取控制台輸入並且及時輸出的代碼：

process.stdin.setEncoding("utf8");
process.stdin.on("readable", () => {
 let chunk;
 while ((chunk = process.stdin.read()) !== null) {
 process.stdout.write(&gt;&gt;&gt; <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${chunk}</span>);
 }
 });
process.stdin.on("end", () => {
 process.stdout.write("結束");
 });
 

關於事件的含義，還是請看stream 的文檔。

深入理解 process.nextTick

我第一次看到 process.nextTick 的時候是比較懵的，看文檔可以知道，它的用途是：把回調函數作為微任務，放入事件循環的任務隊列中。但這么做的意義是什么呢？

因為 nodejs 並不適合計算密集型的應用，一個進程就一個線程，在當下時間點上，就一個事件在執行。那么，如果我們的事件占用了很多 cpu 時間，那么之后的事件就要等待非常久。所以，nodejs 的一個編程原則是盡量縮短每一個事件的執行事件。process.nextTick 的作用就在這，將一個大的任務分解成多個小的任務。示例代碼如下：

// 被拆分成2個函數執行
function BigThing() {
    doPartThing();
process.nextTick(<span class="hljs-function" style="line-height: 26px;"><span class="hljs-params" style="line-height: 26px;">()</span> =&gt;</span> finishThing());

}
 

在事件循環中，何時執行 nextTick 注冊的任務呢？請看下面的代碼：

setTimeout(function() {
    console.log("第一個1秒");
    process.nextTick(function() {
        console.log("第一個1秒：nextTick");
    });
}, 1000);
setTimeout(function() {
 console.log("第2個1秒");
 }, 1000);
console.log("我要輸出1");
process.nextTick(function() {
 console.log("nextTick");
 });
console.log("我要輸出2");
 

輸出的結果如下，nextTick 是早於 setTimeout：

我要輸出1
我要輸出2
nextTick
第一個1秒
第一個1秒：nextTick
第2個1秒

在瀏覽器端，nextTick 會退化成 setTimeout(callback, 0)。但在 nodejs 中請使用 nextTick 而不是 setTimeout，前者效率更高，並且嚴格來說，兩者創建的事件在任務隊列中順序並不一樣（請看前面的代碼）。

子進程：child_process模塊

掌握 nodejs 的 child_process 模塊能夠極大提高 nodejs 的開發能力，例如主從進程來優化 CPU 計算的問題，多進程開發等等。本文從以下幾個方面介紹 child_process 模塊的使用：

• 創建子進程
• 父子進程通信
• 獨立子進程
• 進程管道

創建子進程

nodejs 的 child_process 模塊創建子進程的方法：spawn, fork, exec, execFile。它們的關系如下：

• fork, exec, execFile 都是通過 spawn 來實現的。
• exec 默認會創建 shell。execFile 默認不會創建 shell，意味着不能使用 I/O 重定向、file glob，但效率更高。
• spawn、exec、execFile 都有同步版本，可能會造成進程阻塞。

child_process.spawn()的使用：

const { spawn } = require("child_process");
// 返回ChildProcess對象，默認情況下其上的stdio不為null
const ls = spawn("ls", ["-lh"]);
ls.stdout.on("data", data => {
 console.log(stdout: <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${data}</span>);
 });
ls.stderr.on("data", data => {
 console.error(stderr: <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${data}</span>);
 });
ls.on("close", code => {
 console.log(子進程退出，退出碼 <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${code}</span>);
 });
 

child_process.exec()的使用：

const { exec } = require("child_process");
// 通過回調函數來操作stdio
exec("ls -lh", (err, stdout, stderr) => {
    if (err) {
        console.error(`執行的錯誤: ${err}`);
        return;
    }
    console.log(`stdout: ${stdout}`);
    console.error(`stderr: ${stderr}`);
});

父子進程通信

fork()返回的 ChildProcess 對象，監聽其上的 message 事件，來接受子進程消息；調用 send 方法，來實現 IPC。

parent.js 代碼如下：

const { fork } = require("child_process");
const cp = fork("./sub.js");
cp.on("message", msg => {
    console.log("父進程收到消息：", msg);
});
cp.send("我是父進程");

sub.js 代碼如下：

process.on("message", m => {
    console.log("子進程收到消息：", m);
});
process.send("我是子進程");
 

運行后結果：

父進程收到消息： 我是子進程
子進程收到消息： 我是父進程

獨立子進程

在正常情況下，父進程一定會等待子進程退出后，才退出。如果想讓父進程先退出，不受到子進程的影響，那么應該：

• 調用 ChildProcess 對象上的 unref()
• options.detached 設置為 true
• 子進程的 stdio 不能是連接到父進程

main.js 代碼如下：

const { spawn } = require("child_process");
const subprocess = spawn(process.argv0, ["sub.js"], {
    detached: true,
    stdio: "ignore"
});
subprocess.unref();
 

sub.js 代碼如下：

setInterval(() => {}, 1000);

進程管道

options.stdio 選項用於配置在父進程和子進程之間建立的管道。 默認情況下，子進程的 stdin、 stdout 和 stderr 會被重定向到 ChildProcess 對象上相應的 subprocess.stdin、subprocess.stdout 和 subprocess.stderr 流。 這意味着可以通過監聽其上的 data事件，在父進程中獲取子進程的 I/O 。

可以用來實現“重定向”：

const fs = require("fs");
const child_process = require("child_process");
const subprocess = child_process.spawn("ls", {
 stdio: [
 0, // 使用父進程的 stdin 用於子進程。
 "pipe", // 把子進程的 stdout 通過管道傳到父進程 。
 fs.openSync("err.out", "w") // 把子進程的 stderr 定向到一個文件。
 ]
 });
 

也可以用來實現"管道運算符"：

const { spawn } = require("child_process");
const ps = spawn("ps", ["ax"]);
 const grep = spawn("grep", ["ssh"]);
ps.stdout.on("data", data => {
 grep.stdin.write(data);
 });
ps.stderr.on("data", err => {
 console.error(ps stderr: <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${err}</span>);
 });
ps.on("close", code => {
 if (code !== 0) {
 console.log(ps 進程退出，退出碼 <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${code}</span>);
 }
 grep.stdin.end();
 });
grep.stdout.on("data", data => {
 console.log(data.toString());
 });
grep.stderr.on("data", data => {
 console.error(grep stderr: <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${data}</span>);
 });
grep.on("close", code => {
 if (code !== 0) {
 console.log(grep 進程退出，退出碼 <span class="hljs-subst" style="color: #333; font-weight: normal; line-height: 26px;">${code}</span>);
 }
 });
 

參考鏈接

• Nodejs v12 Stream 文檔
• Nodejs v12 process 文檔
• nodejs 學習筆記
• 一篇文章構建你的 NodeJS 知識體系
• Node.js - 進程學習筆記
• glob
• Nodejs 進階：如何玩轉子進程（child_process）

放在最后

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