node遵循的是單線程單進程的模式，node的單線程是指js的引擎只有一個實例，且在nodejs的主線程中執行，同時node以事件驅動的方式處理IO等異步操作。node的單線程模式，只維持一個主線程，大大減少了線程間切換的開銷。
但是node的單線程使得在主線程不能進行CPU密集型操作，否則會阻塞主線程。對於CPU密集型操作，在node中通過child_process可以創建獨立的子進程，父子進程通過IPC通信，子進程可以是外部應用也可以是node子程序，子進程執行后可以將結果返回給父進程。
此外，node的單線程，以單一進程運行，因此無法利用多核CPU以及其他資源，為了調度多核CPU等資源，node還提供了cluster模塊，利用多核CPU的資源，使得可以通過一串node子進程去處理負載任務，同時保證一定的負載均衡型。本文從node的單線程單進程的理解觸發，介紹了child_process模塊和cluster模塊，本文的結構安排如下：
- node中的單線程和單進程
- node中的child_process模塊實現多進程
- node中的cluster模塊
- 總結
原文的地址，在我的博客中：https://github.com/forthealll...
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一、node中的單線程和單進程
首先要理解的概念是，node的單線程和單進程的模式。node的單線程於其他語言的多線程模式相比，減小了線程間切換的開銷，以及在寫node代碼的時候不用考慮鎖以及線程池的問題。node宣稱的單線程模式，比其他語言更加適合IO密集型操作。那么一個經典的問題是：
node是真的單線程的嗎？
提到node，我們就可以立刻想到單線程、異步IO、事件驅動等字眼。首先要明確的是node真的是單線程的嗎，如果是單線程的，那么異步IO，以及定時事件（setTimeout、setInterval等）又是在哪里被執行的。
嚴格來說，node並不是單線程的。node中存在着多種線程，包括：
- js引擎執行的線程
- 定時器線程(setTimeout, setInterval)
- 異步http線程(ajax)
....
我們平時所說的單線程是指node中只有一個js引擎在主線程上運行。其他異步IO和事件驅動相關的線程通過libuv來實現內部的線程池和線程調度。libv中存在了一個Event Loop，通過Event Loop來切換實現類似於多線程的效果。簡單的來講Event Loop就是維持一個執行棧和一個事件隊列，當前執行棧中的如果發現異步IO以及定時器等函數，就會把這些異步回調函數放入到事件隊列中。當前執行棧執行完成后，從事件隊列中，按照一定的順序執行事件隊列中的異步回調函數。
上圖中從執行棧，到事件隊列，最后事件隊列中按照一定的順序執行回調函數，整個過程就是一個簡化版的Event Loop。此外回調函數執行時，同樣會生成一個執行棧，在回調函數里面還有可能嵌套異步的函數，也就是說執行棧存在着嵌套。
也就是說node中的單線程是指js引擎只在唯一的主線程上運行，其他的異步操作，也是有獨立的線程去執行，通過libv的Event Loop實現了類似於多線程的上下文切換以及線程池調度。線程是最小的進程，因此node也是單進程的。這樣就解釋了為什么node是單線程和單進程的。
二、node中的child_process模塊實現多進程
node是單進程的，必然存在一個問題，就是無法充分利用cpu等資源。node提供了child_process模塊來實現子進程，從而實現一個廣義上的多進程的模式。通過child_process模塊，可以實現1個主進程，多個子進程的模式，主進程稱為master進程，子進程又稱工作進程。在子進程中不僅可以調用其他node程序，也可以執行非node程序以及shell命令等等，執行完子進程后，以流或者回調的形式返回。
1、child_process模塊提供的API
child_process提供了4個方法，用於新建子進程，這4個方法分別為spawn、execFile、exec和fork。所有的方法都是異步的，可以用一張圖來描述這4個方法的區別。
上圖可以展示出這4個方法的區別，我們也可以簡要介紹這4中方法的不同。
- spawn ： 子進程中執行的是非node程序，提供一組參數后，執行的結果以流的形式返回。
- execFile：子進程中執行的是非node程序，提供一組參數后，執行的結果以回調的形式返回。
- exec：子進程執行的是非node程序，傳入一串shell命令，執行后結果以回調的形式返回，與execFile
不同的是exec可以直接執行一串shell命令。 - fork：子進程執行的是node程序，提供一組參數后，執行的結果以流的形式返回，與spawn不同，fork生成的子進程只能執行node應用。接下來的小節將具體的介紹這一些方法。
2、execFile和exec
我們首先比較execFile和exec的區別，這兩個方法的相同點：
執行的是非node應用，且執行后的結果以回調函數的形式返回。
不同點是：
exec是直接執行的一段shell命令，而execFile是執行的一個應用
舉例來說，echo是UNIX系統的一個自帶命令，我們直接可以在命令行執行：
echo hello world
結果，在命令行中會打印出hello world.
(1) 通過exec來實現
新建一個main.js文件中，如果要使用exec方法，那么則在該文件中寫入：
let cp=require('child_process');
cp.exec('echo hello world',function(err,stdout){
console.log(stdout);
});
執行這個main.js，結果會輸出hello world。我們發現exec的第一個參數，跟shell命令完全相似。
(2)通過execFile來實現
let cp=require('child_process');
cp.execFile('echo',['hello','world'],function(err,stdout){
console.log(stdout);
});
execFile類似於執行了名為echo的應用，然后傳入參數。execFlie會在process.env.PATH的路徑中依次尋找是否有名為'echo'的應用，找到后就會執行。默認的process.env.PATH路徑中包含了'usr/local/bin',而這個'usr/local/bin'目錄中就存在了這個名為'echo'的程序，傳入hello和world兩個參數，執行后返回。
(3)安全性分析
像exec那樣，可以直接執行一段shell是極為不安全的，比如有這么一段shell：
echo hello world;rm -rf
通過exec是可以直接執行的，rm -rf會刪除當前目錄下的文件。exec正如命令行一樣，執行的等級很高，執行后會出現安全性的問題，而execFile不同：
execFile('echo',['hello','world',';rm -rf'])
在傳入參數的同時，會檢測傳入實參執行的安全性，如果存在安全性問題，會拋出異常。除了execFile外，spawn和fork也都不能直接執行shell，因此安全性較高。
3、spawn
spawn同樣是用於執行非node應用，且不能直接執行shell，與execFile相比，spawn執行應用后的結果並不是執行完成后，一次性的輸出的，而是以流的形式輸出。對於大批量的數據輸出，通過流的形式可以介紹內存的使用。
我們用一個文件的排序和去重來舉例：
上述圖片示意圖中，首先讀取的input.txt文件中有acba未經排序的文字，通過sort程序后可以實現排序功能，輸出為aabc，最后通過uniq程序可以去重，得到abc。我們可以用spawn流形式的輸入輸出來實現上述功能：
let cp=require('child_process');
let cat=cp.spawn('cat',['input.txt']);
let sort=cp.spawn('sort');
let uniq=cp.spawn('uniq');
cat.stdout.pipe(sort.stdin);
sort.stdout.pipe(uniq.stdin);
uniq.stdout.pipe(process.stdout);
console.log(process.stdout);
執行后，最后的結果將輸入到process.stdout中。如果input.txt這個文件較大，那么以流的形式輸入輸出可以明顯減小內存的占用，通過設置緩沖區的形式，減小內存占用的同時也可以提高輸入輸出的效率。
4、fork
在javascript中，在處理大量計算的任務方面，HTML里面通過web work來實現，使得任務脫離了主線程。在node中使用了一種內置於父進程和子進程之間的通信來處理該問題，降低了大數據運行的壓力。node中提供了fork方法，通過fork方法在單獨的進程中執行node程序，並且通過父子間的通信，子進程接受父進程的信息，並將執行后的結果返回給父進程。
使用fork方法，可以在父進程和子進程之間開放一個IPC通道，使得不同的node進程間可以進行消息通信。
在子進程中：
通過process.on('message')和process.send()的機制來接收和發送消息。
在父進程中：
通過child.on('message')和process.send()的機制來接收和發送消息。
具體例子，在child.js中：
process.on('message',function(msg){
process.send(msg)
})
在parent.js中：
let cp=require('child_process');
let child=cp.fork('./child');
child.on('message',function(msg){
console.log('got a message is',msg);
});
child.send('hello world');
執行parent.js會在命令行輸出：got a message is hello world
中斷父子間通信的方式，可以通過在父進程中調用：
child.disconnect()
來實現斷開父子間IPC通信。
5、同步執行的子進程
exec、execFile、spawn和fork執行的子進程都是默認異步的，子進程的運行不會阻塞主進程。除此之外，child_process模塊同樣也提供了execFileSync、spawnSync和execSync來實現同步的方式執行子進程。
三、node中的cluster模塊
cluster意為集成，集成了兩個方面，第一個方面就是集成了child_process.fork方法創建node子進程的方式，第二個方面就是集成了根據多核CPU創建子進程后，自動控制負載均衡的方式。
我們從官網的例子來看：
const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;
if (cluster.isMaster) {
console.log(`主進程 ${process.pid} 正在運行`);
// 衍生工作進程。
for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
cluster.fork();
}
cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
console.log(`工作進程 ${worker.process.pid} 已退出`);
});
} else {
// 工作進程可以共享任何 TCP 連接。
// 在本例子中，共享的是一個 HTTP 服務器。
http.createServer((req, res) => {
res.writeHead(200);
res.end('你好世界\n');
}).listen(8000);
console.log(`工作進程 ${process.pid} 已啟動`);
}
最后輸出的結果為：
$ node server.js 主進程 3596 正在運行 工作進程 4324 已啟動 工作進程 4520 已啟動 工作進程 6056 已啟動 工作進程 5644 已啟動
我們將master稱為主進程，而worker進程稱為工作進程，利用cluster模塊，使用node封裝好的API、IPC通道和調度機可以非常簡單的創建包括一個master進程下HTTP代理服務器 + 多個worker進程多個HTTP應用服務器的架構。
總結
本文首先介紹了node的單線程和單進程模式，接着從單線程的缺陷觸發，介紹了node中如何實現子進程的方法，對比了child_process模塊中幾種不同的子進程生成方案，最后簡單介紹了內置的可以實現子進程以及CPU進程負載均衡的內置集成模塊cluster。