聊聊Node.js + worker_threads如何实现多线程?(详解)

本篇文章带大家了解一下worker_threads 模块,介绍一下在Node中如何使用worker_threads实现多线程,以及利用worker_threads执行斐波那契数列作...

本篇文章带大家了解一下worker_threads 模块,介绍一下在Node中如何使用worker_threads实现多线程,以及利用worker_threads执行斐波那契数列作为实践例子,希望对大家有所帮助!

聊聊Node.js + worker_threads如何实现多线程?(详解)插图1

通常情况下,Node.js被认为是单线程。由主线程去按照编码顺序一步步执行程序代码,一旦遇到同步代码阻塞,主线程就会被占用,后续的程序代码的执行都会被卡住。没错Node.js的单线程指的是主线程是"单线程"。

为了解决单线程带来的问题,本文的主角worker_threads出现了。worker_threads首次在Node.js v10.5.0作为实验性功能出现,需要命令行带上--experimental-worker才能使用。直到v12.11.0稳定版才能正式使用。

本文将会介绍worker_threads的使用方式,以及利用worker_threads执行斐波那契数列作为实践例子。

先决条件

阅读并食用本文,需要先具备:

安装了Node.js v12.11.0及以上版本

掌握 JavaScript 同步和异步编程的基础知识

掌握 Node.js 的工作原理

worker_threads 介绍

worker_threads模块允许使用并行执行 JavaScript 的线程。

工作线程对于执行 CPU 密集型的 JavaScript 操作很有用。 它们对 I/O 密集型的工作帮助不大。 Node.js 内置的异步 I/O 操作比工作线程更高效。

与child_process或cluster不同,worker_threads可以共享内存。 它们通过传输ArrayBuffer实例或共享SharedArrayBuffer实例来实现。

由于以下特性,worker_threads已被证明是充分利用CPU性能的最佳解决方案:

它们运行具有多个线程的单个进程。

每个线程执行一个事件循环。

每个线程运行单个 JS 引擎实例。

每个线程执行单个Nodejs实例。

worker_threads 如何工作

worker_threads通过执行主线程指定的脚本文件来工作。每个线程都在与其他线程隔离的情况下执行。但是,这些线程可以通过消息通道来回传递消息。

主线程使用worker.postMessage()函数使用消息通道,而工作线程使用parentPort.postMessage()函数。

通过官方示例代码加强了解:

const{Worker,isMainThread,parentPort,workerData}=require('worker_threads');if(isMainThread){module.exports=functionparseJSAsync(script){returnnewPromise((resolve,reject)=>{constworker=newWorker(__filename,{workerData:script});worker.on('message',resolve);worker.on('error',reject);worker.on('exit',(code)=>{if(code!==0)reject(newError(`Workerstoppedwithexitcode${code}`));});});};}else{const{parse}=require('some-js-parsing-library');constscript=workerData;parentPort.postMessage(parse(script));}

上述代码主线程与工作线程都使用同一份文件作为执行脚本(__filename为当前执行文件路径),通过isMainThread来区分主线程与工作线程运行时逻辑。当模块对外暴露方法parseJSAsync被调用时候,都将会衍生子工作线程去执行调用parse函数。

worker_threads 具体使用

在本节使用具体例子介绍worker_threads的使用

创建工作线程脚本文件workerExample.js:

const{workerData,parentPort}=require('worker_threads')parentPort.postMessage({welcome:workerData})

创建主线程脚本文件main.js:

const{Worker}=require('worker_threads')construnWorker=(workerData)=>{returnnewPromise((resolve,reject)=>{//引入workerExample.js`工作线程`脚本文件constworker=newWorker('./workerExample.js',{workerData});worker.on('message',resolve);worker.on('error',reject);worker.on('exit',(code)=>{if(code!==0)reject(newError(`stoppedwith${code}exitcode`));})})}constmain=async()=>{constresult=awaitrunWorker('helloworkerthreads')console.log(result);}main().catch(err=>console.error(err))

控制台命令行执行:

nodemain.js

输出:

{welcome:'helloworkerthreads'}

worker_threads 运算斐波那契数列

在本节中,让我们看一下 CPU 密集型示例,生成斐波那契数列。

如果在没有工作线程的情况下完成此任务,则会随着nth期限的增加而阻塞主线程。

创建工作线程脚本文件worker.js

const{parentPort,workerData}=require("worker_threads");parentPort.postMessage(getFibonacciNumber(workerData.num))functiongetFibonacciNumber(num){if(num===0){return0;}elseif(num===1){return1;}else{returngetFibonacciNumber(num-1)+getFibonacciNumber(num-2);}}

创建主线程脚本文件main.js:

const{Worker}=require("worker_threads");letnumber=30;constworker=newWorker("./worker.js",{workerData:{num:number}});worker.once("message",result=>{console.log(`${number}thFibonacciResult:${result}`);});worker.on("error",error=>{console.log(error);});worker.on("exit",exitCode=>{console.log(`Itexitedwithcode${exitCode}`);})console.log("Executioninmainthread");

控制台命令行执行:

nodemain.js

输出:

Executioninmainthread30thFibonacciResult:832040Itexitedwithcode0

在main.js文件中,我们从类的实例创建一个工作线程,Worker正如我们在前面的示例中看到的那样。

为了得到结果,我们监听 3 个事件,

message响应工作线程发出消息。

exit在工作线程停止执行的情况下触发的事件。

error发生错误时触发。

我们在最后一行main.js,

console.log("Executioninmainthread");

通过控制台的输出可得,主线程并没有被斐波那契数列运算执行而阻塞。

因此,只要在工作线程中处理 CPU 密集型任务,我们就可以继续处理其他任务而不必担心阻塞主线程。

结论

Node.js在处理 CPU 密集型任务时一直因其性能而受到批评。通过有效地解决这些缺点,工作线程的引入提高了 Node.js 的功能。

有关worker_threads的更多信息,请在此处访问其官方文档。

思考

文章结束前留下思考,后续会在评论区做补充,欢迎一起讨论。

worker_threads线程空闲时候会被回收吗?

worker_threads共享内存如何使用?

既然说到线程,那么应该有线程池?

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