nodejs 如何处理密集型计算

小灰灰 2020-06-07 15:21 757阅读 0赞

**nodejs 如何处理密集型计算？**

**Nodejs密集型CPU解决方案**

首先说一下nodejs单线程的优势：

高性能，与php相比，避免了频繁创建切换线程的开销，执行更加迅速，资源占用小。

线程安全，不用担心同一变量被多线程读写，造成程序崩溃。

单线程的异步和非阻塞，其实 nodejs底层访问I/O还是多线程的，阻塞/非阻塞与异步/同步是两个不同的概念，同步不代表阻塞，但是阻塞肯定就是同步；有点儿绕口，请听我举例，我去食堂打饭，我选择了A套餐，然后工作人员帮我去配餐，如果我就站在旁边，等待工作人员给我配餐，这种情况就称之为同步；若工作人员帮我配餐的同时，排在我后面的人就开始点餐，这样整个食堂的点餐服务并没有因为我在等待A套餐而停止，这种情况就称之为非阻塞。这个例子就简单说明了同步但非阻塞的情况。再如果我在等待配餐的时候去买饮料，等听到叫号再回去拿套餐，此时我的饮料也已经买好，这样我在等待配餐的同时还执行了买饮料的任务，叫号就等于执行了回调，就是异步非阻塞了。如果我在买饮料的时候，已经叫我的号让我去拿套餐，可是我等了好久才拿到饮料，所以我可能在大厅叫我的餐号之后很久才拿到A套餐，这也就是单线程的阻塞情况。

多线程：

线程是cpu调度的一个基本单位，一个cpu只能执行一个线程任务。

nodejs也可以执行多行程任务，例如引用TAGG/TAGG2模块，但是不论是tagg/tagg2都是利用pthread库和V8：：Isolate类来实现js多线程功能的，根据规则我们在线程里执行的函数无法使用nodejs的核心api，例如fs，crypto模块，所以还是有很大的局限性。

多进程：

在支持html5的浏览器里，我们可以使用webworker来将一些耗时的计算丢入worker进程中执行，这样主进程就不会阻塞，用户也不会有卡顿的感觉。

这里我们需要利用nodejs的child_process模块，child_process提供了fork方法，可以启动一个nodejs文件，将它视作worker进程，worker 工作完毕后，会把结果send给主进程，然后worker自动退出，这样我们就利用了多进程解决了主线程阻塞的问题。

```javascript
var express = require('express');
var fork = require('child_process').fork;
var app = express();
app.get('/', function(req, res){
  var worker = fork('./work.js') //创建一个工作进程
  worker.on('message', function(m) {//接收工作进程计算结果
          if('object' === typeof m && m.type === 'fibo'){
                   worker.kill();//发送杀死进程的信号
                   res.send(m.result.toString());//将结果返回客户端
          }
  });
  worker.send({type:'fibo',num:~~req.query.n || 1});
  //发送给工作进程计算fibo的数量
});
app.listen(7878);
```

我们通过express监听7878端口，对每个用户的请求都会去fork一个子进程，通过调用worker.send方法将参数n传递给子进程，同时监听子进程发送消息的message事件，将结果响应给客户端。

下面是被fork的work.js文件内容：

```javascript
var fibo = function fibo (n) {//定义算法
   return n > 1 ? fibo(n - 1) + fibo(n - 2) : 1;
}
process.on('message', function(m) {
//接收主进程发送过来的消息
          if(typeof m === 'object' && m.type === 'fibo'){
                  var num = fibo(~~m.num);
                  //计算jibo
                  process.send({type: 'fibo',result:num})
                  //计算完毕返回结果       
          }
});
process.on('SIGHUP', function() {
        process.exit();//收到kill信息，进程退出
});
```

我们先定义函数fibo用来计算斐波那契数组，然后监听了主线程发来的消息，计算完毕之后将结果send到主线程。同时还监听process的SIGHUP事件，触发此事件就进程退出。

这里我们有一点需要注意，主线程的kill方法并不是真的使子进程退出，而是会触发子进程的SIGHUP事件，真正的退出还是依靠process.exit()。

总结：

使用child_process模块的fork方法确实可以让我们很好的解决单线程对cpu密集型任务的阻塞问题，同时又没有tagg包那样无法使用Node.js核心api的限制。

单线程异步的Node.js不代表不会阻塞，在主线程做过多的任务可能会导致主线程的卡死，影响整个程序的性能，所以我们要非常小心的处理大量的循环，字符串拼接和浮点运算等cpu密集型任务，合理的利用各种技术把任务丢给子线程或子进程去完成，保持Node.js主线程的畅通。

线程/进程的使用并不是没有开销的，尽可能减少创建和销毁线程/进程的次数，可以提升我们系统整体的性能和出错的概率。