Node.js child_process模块：exec、spawn、fork用法与ChildProcess对象详解

一、理论

在研读多进程章节时，我意识到这部分内容较为繁杂，此前编写Process模块时也有所涉及。经过下午的深入梳理，发现其核心逻辑并不复杂，关键在于理清各模块间的关系。

鉴于现代计算机普遍采用多处理器架构，而Node.js默认单线程运行模式可能无法充分利用硬件资源，因此引入了child_process模块。该模块允许在父进程之外创建、派生并执行子进程，从而有效利用多核计算能力。

child_process模块提供了ChildProcess类，作为父进程访问子进程的接口。值得注意的是，Process模块本身也是ChildProcess对象：在父进程中访问process时，它代表父ChildProcess；而在子进程中访问Process时，则代表子ChildProcess对象。

理解一个对象通常需关注其事件、方法和属性，ChildProcess也不例外。下文将列举其常用的事件、方法及属性，以便快速掌握其核心功能。

事件:

message: 当ChildProcess对象调用send()方法发送数据时触发此事件。

error: 当工作进程内部发生错误时触发，处理程序接收一个错误对象作为唯一参数。

exit: 当工作进程结束时触发，处理程序接收两个参数：code（退出码）和signal（终止信号）。

close: 当工作进程的所有stdio流均终止时触发。与exit不同，由于多个进程可能共享相同的stdio流，close事件的触发时机和条件有所区别。

disconnect: 当在工作进程上调用disconnect()方法时触发。

方法:

kill([signal]): 向操作系统发送kill信号给子进程，默认信号为SIGTERM。

send(message,[sendHandle]): 向句柄发送消息，消息可以是字符串或对象。若提供sendhandle，可将TCP Server或socket对象发送给客户端，允许客户端进程共享相同的端口和地址。

disconnect(): 关闭父进程与子进程之间的进程通信（IPC）通道，并将父进程和子进程的连接标志均设置为false。

属性:

stdin: 可写流（Writable stream），用于向子进程输入数据。

stdout: 可读流（Readable stream），用于接收子进程的标准输出。

strerr: 用于输出错误的标准输出可读流（Readable stream）。注：原文此处拼写为strerr，通常应为stderr，但此处保留原文表述或依上下文理解为错误输出流。

pid: 子进程的ID。

connected: 布尔值。调用disconnect()后，该值设为false；当为false时，无法向子进程发送消息。

二、实践

1.exec()在另一进程执行一个系统命令

exec()函数在子shell中执行系统命令。它几乎能执行控制台提示符下支持的所有操作，包括二进制可执行文件、shell脚本、Python脚本或批处理文件。

exec(command,[options],callback)函数返回一个ChildProcess对象。

command: 字符串类型，指定在子shell中执行的命令。

options: 对象类型，指定执行命令时的配置参数，具体选项如下：

cwd: 指定子进程执行的当前工作目录。
env: 对象类型，指定property:value形式的键/值对，用于配置子进程的环境变量。
encoding: 指定存储命令输出时，输出缓冲区使用的编码格式。
maxBuffer: 指定stdout和stderr输出缓冲区的大小，默认值为200*1024字节。
timeout: 指定父进程在终止子进程前，若子进程未完成需等待的毫秒数，默认值为0（无超时限制）。
killSignal: 指定终止子进程时使用的kill信号，默认值为SIGTERM。

callback: 回调函数，接收error、stdout、stderr三个参数。

var childProcess = require('child_process');
var options = {maxBuffer:100*1024, encoding:'utf8', timeout:5000};
var child = childProcess.exec('dir /B', options, 
                              function (error, stdout, stderr) {
  if (error) {
    console.log(error.stack);
    console.log('Error Code: '+error.code);
    console.log('Error Signal: '+error.signal);
  }
  console.log('Results: \n' + stdout);
  if (stderr.length){
    console.log('Errors: ' + stderr);
  }
});
child.on('exit', function (code) {
  console.log('Completed with code: '+code);
});

输出结果：

"C:\Program Files (x86)\JetBrains\WebStorm 11.0.3\bin\runnerw.exe" F:\nodejs\node.exe child_process_exec.js
Completed with code: 0
Results: 
chef.js
child_fork.js
child_process_exec.js
child_process_exec_file.js
child_process_spawn.js
cluster_client.js
cluster_server.js
cluster_worker.js
file.txt
process_info.js


Process finished with exit code 0

2.execFile()在另一个进程上执行一个可执行文件

execFile()与exec()类似，主要区别在于execFile()不使用子shell，因此执行的命令必须是二进制可执行文件。Linux的shell脚本和Windows的批处理文件不能使用execFile()。

execFile(file,args,options,callback)同样返回一个ChildProcess对象。

file: 字符串类型，指定要执行的可执行文件路径。

args: 数组类型，指定传递给可执行文件的命令行参数。

options: 配置选项，参考exec()的参数说明。

callback: 回调函数，参考exec()的回调参数说明。

var childProcess = require('child_process');
var options = {maxBuffer:100*1024, encoding:'UTF-16', timeout:5000};
var child = childProcess.execFile('ping.exe', ['-n', '1', 'baidu.com'],
                                  options, function (error, stdout, stderr) {
  if (error) {
    console.log(error.stack);
    console.log('Error Code: '+error.code);
    console.log('Error Signal: '+error.signal);
  }
  console.log('Results: \n' + stdout.toString());
  if (stderr.length){
    console.log('Errors: ' + stderr.toString());
  }
});
child.on('exit', function (code) {
  console.log('Child completed with code: '+code);
});

3.spawn()在另一个Node.js实例中产生一个进程

spawn(cmd,[args],[options])函数产生一个进程，连接它们之间的stdio、stdout、stderr的管道,然后在新的线程中使用spawn()执行文件。它和上面两个的主要区别是产生的进程中的stdin可以进行配置，并且stdout、stderr都是父进程中的Readable流。这意味着exec()、execFile()必须先执行完成，才能读取缓冲区输出，但一旦一个spawn()进程的输出数据已被写入就可以读取它(这个可以从它们3个的输出结果的顺序可以看出,上面两个都是先执行exit事件，而spawn()exit处理是在后面)。

cmd、args和options与前述两个函数类似。options还可设置cwd、env，以及detached和stdio。

detached: 布尔值，设为true时使子进程成为新进程组的组长，即使父进程退出也会继续运行。可使用child_unref()使得父进程退出前不等待子进程。

stdio: 定义子进程stdio配置（[stdin,stdout,stderr]），默认值为[0,1,2]。此字符串定义每个输入输出流的配置。

var spawn = require('child_process').spawn;
var options = {
    env: {user:'brad'},
    detached:false,
    stdio: ['pipe','pipe','pipe']
};
var child = spawn('netstat', ['-e']);
child.stdout.on('data', function(data) {
  console.log(data.toString());
});
child.stderr.on('data', function(data) {
  console.log(data.toString());
});
child.on('exit', function(code) {
  console.log('Child exited with code', code);
});

4.实现子派生

Node.js提供了另一种进程产生方式——派生（fork）。它主要在单独处理器上运行另一个V8引擎实例中的Node.js模块代码，可用于并行运行多个服务。由于启动新V8实例需要时间且每个实例约占用10M内存，因此建议将派生进程设计为存活期较长、无需大量派生的场景。与spawn()不同，fork不能为子进程配置stdio，但可通过ChildProcess对象中的send()机制在父进程与子进程间通信。

fork(modulePath,[args],[options])对象同样返回一个ChildProcess对象。

modulePath: 字符串类型，指定由新Node.js实例启动的JavaScript文件路径。

args: 数组类型，指定传递给node命令的命令行参数。

options: 参数对象，指定执行命令时的配置设置。

cwd、env: 配置项，说明同上。

encoding: 指定数据写入输出流及穿越send() IPC机制时使用的编码。

execPath: 指定用于创建产生Node.js进程的可执行文件路径。

silent: 布尔值，设为true时，派生进程中的stdout和stderr不与父进程关联，默认值为false。

Child.send(): 父进程向子进程发送消息；Process.send(): 子进程向父进程发送消息。

var child_process = require('child_process');
var options = {
    env:{user:'Brad'},
    encoding:'utf8'
};
function makeChild(){
  var child = child_process.fork('chef.js', [], options);
  child.on('message', function(message) {
    console.log('Served: ' + message);
  });
  return child;
}
function sendCommand(child, command){
  console.log("Requesting: " + command);
  child.send({cmd:command});
}
var child1 = makeChild();
var child2 = makeChild();
var child3 = makeChild();
sendCommand(child1, "makeBreakfast");
sendCommand(child2, "makeLunch");
sendCommand(child3, "makeDinner");

process.on('message', function(message, parent) {
  var meal = {};
  switch (message.cmd){
    case 'makeBreakfast':
      meal = ["ham", "eggs", "toast"];
      break;
    case 'makeLunch':
      meal = ["burger", "fries", "shake"];
      break;
    case 'makeDinner':
      meal = ["soup", "salad", "steak"];
      break;
  }
  process.send(meal);
});

输出结果：

"C:\Program Files (x86)\JetBrains\WebStorm 11.0.3\bin\runnerw.exe" F:\nodejs\node.exe child_fork.js
Requesting: makeBreakfast
Requesting: makeLunch
Requesting: makeDinner
Served: ham,eggs,toast
Served: burger,fries,shake
Served: soup,salad,steak

上述代码在主进程中创建了3个子进程，父进程向子进程发送消息，子进程接收后并向父进程回复消息。

到此这篇关于Node.js进程管理之子进程的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持本站。

Node.js子进程模块：ChildProcess详解与API实战