Node.js 多線程完全指南總結(jié)

很多人都想知道單線程的 Node.js 怎么能與多線程后端競爭?？紤]到其所謂的單線程特性，許多大公司選擇 Node 作為其后端似乎違反直覺。要想知道原因，必須理解其單線程的真正含義。

JavaScript 的設(shè)計(jì)非常適合在網(wǎng)上做比較簡單的事情，比如驗(yàn)證表單，或者說創(chuàng)建彩虹色的鼠標(biāo)軌跡。 在2009年，Node.js的創(chuàng)始人 Ryan Dahl使開發(fā)人員可以用該語言編寫后端代碼。

通常支持多線程的后端語言具有各種機(jī)制，用于在線程和其他面向線程的功能之間同步數(shù)據(jù)。要向 JavaScript 添加對此類功能的支持，需要修改整個(gè)語言，這不是 Dahl 的目標(biāo)。為了讓純 JavaScript 支持多線程，他必須想一個(gè)變通方法。接下來讓我們探索一下其中的奧秘……

Node.js 是如何工作的

Node.js 使用兩種線程：event loop 處理的主線程和 worker pool 中的幾個(gè)輔助線程。

事件循環(huán)是一種機(jī)制，它采用回調(diào)（函數(shù)）并注冊它們，準(zhǔn)備在將來的某個(gè)時(shí)刻執(zhí)行。它與相關(guān)的 JavaScript 代碼在同一個(gè)線程中運(yùn)行。當(dāng) JavaScript 操作阻塞線程時(shí)，事件循環(huán)也會被阻止。

工作池是一種執(zhí)行模型，它產(chǎn)生并處理單獨(dú)的線程，然后同步執(zhí)行任務(wù)，并將結(jié)果返回到事件循環(huán)。事件循環(huán)使用返回的結(jié)果執(zhí)行提供的回調(diào)。

簡而言之，它負(fù)責(zé)異步 I/O操作 —— 主要是與系統(tǒng)磁盤和網(wǎng)絡(luò)的交互。它主要由諸如 fs（I/O 密集）或 crypto（CPU 密集）等模塊使用。工作池用 libuv 實(shí)現(xiàn)，當(dāng) Node 需要在 JavaScript 和 C++ 之間進(jìn)行內(nèi)部通信時(shí)，會導(dǎo)致輕微的延遲，但這幾乎不可察覺。

基于這兩種機(jī)制，我們可以編寫如下代碼：

fs.readFile(path.join(__dirname, './package.json'), (err, content) => {
 if (err) {
  return null;
 }

 console.log(content.toString());
});

前面提到的 fs 模塊告訴工作池使用其中一個(gè)線程來讀取文件的內(nèi)容，并在完成后通知事件循環(huán)。然后事件循環(huán)獲取提供的回調(diào)函數(shù)，并用文件的內(nèi)容執(zhí)行它。

以上是非阻塞代碼的示例，我們不必同步等待某事的發(fā)生。只需告訴工作池去讀取文件，并用結(jié)果去調(diào)用提供的函數(shù)即可。由于工作池有自己的線程，因此事件循環(huán)可以在讀取文件時(shí)繼續(xù)正常執(zhí)行。

在不需要同步執(zhí)行某些復(fù)雜操作時(shí)，這一切都相安無事：任何運(yùn)行時(shí)間太長的函數(shù)都會阻塞線程。如果應(yīng)用程序中有大量這類功能，就可能會明顯降低服務(wù)器的吞吐量，甚至完全凍結(jié)它。在這種情況下，無法繼續(xù)將工作委派給工作池。

在需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算時(shí)（如AI、機(jī)器學(xué)習(xí)或大數(shù)據(jù)）無法真正有效地使用 Node.js，因?yàn)椴僮髯枞酥鳎ㄇ椅ㄒ唬┚€程，使服務(wù)器無響應(yīng)。在 Node.js v10.5.0 發(fā)布之前就是這種情況，在這一版本增加了對多線程的支持。

簡介：worker_threads

worker_threads 模塊允許我們創(chuàng)建功能齊全的多線程 Node.js 程序。

thread worker 是在單獨(dú)的線程中生成的一段代碼（通常從文件中取出）。

注意，術(shù)語 thread worker，worker 和 thread 經(jīng)?；Q使用，他們都指的是同一件事。

要想使用 thread worker，必須導(dǎo)入 worker_threads 模塊。讓我們先寫一個(gè)函數(shù)來幫助我們生成這些thread worker，然后再討論它們的屬性。

type WorkerCallback = (err: any, result?: any) => any;

export function runWorker(path: string, cb: WorkerCallback, workerData: object | null = null) {
 const worker = new Worker(path, { workerData });

 worker.on('message', cb.bind(null, null));
 worker.on('error', cb);

 worker.on('exit', (exitCode) => {
  if (exitCode === 0) {
   return null;
  }

  return cb(new Error(`Worker has stopped with code ${exitCode}`));
 });

 return worker;
}

要創(chuàng)建一個(gè) worker，首先必須創(chuàng)建一個(gè) Worker 類的實(shí)例。它的第一個(gè)參數(shù)提供了包含 worker 的代碼的文件的路徑；第二個(gè)參數(shù)提供了一個(gè)名為 workerData 的包含一個(gè)屬性的對象。這是我們希望線程在開始運(yùn)行時(shí)可以訪問的數(shù)據(jù)。

請注意：不管你是用的是 JavaScript， 還是最終要轉(zhuǎn)換為 JavaScript 的語言（例如，TypeScript），路徑應(yīng)該始終引用帶有 .js 或 .mjs 擴(kuò)展名的文件。

我還想指出為什么使用回調(diào)方法，而不是返回在觸發(fā) message 事件時(shí)將解決的 promise。這是因?yàn)?worker 可以發(fā)送許多 message 事件，而不是一個(gè)。

正如你在上面的例子中所看到的，線程間的通信是基于事件的，這意味著我們設(shè)置了 worker 在發(fā)送給定事件后調(diào)用的偵聽器。

以下是最常見的事件：

worker.on('error', (error) => {});

只要 worker 中有未捕獲的異常，就會發(fā)出 error 事件。然后終止 worker，錯(cuò)誤可以作為提供的回調(diào)中的第一個(gè)參數(shù)。

worker.on('exit', (exitCode) => {});

在 worker 退出時(shí)會發(fā)出 exit 事件。如果在worker中調(diào)用了 process.exit()，那么 exitCode 將被提供給回調(diào)。如果 worker 以 worker.terminate() 終止，則代碼為1。

worker.on('online', () => {});

只要 worker 停止解析 JavaScript 代碼并開始執(zhí)行，就會發(fā)出 online 事件。它不常用，但在特定情況下可以提供信息。

worker.on('message', (data) => {});

只要 worker 將數(shù)據(jù)發(fā)送到父線程，就會發(fā)出 message 事件。

現(xiàn)在讓我們來看看如何在線程之間共享數(shù)據(jù)。

在線程之間交換數(shù)據(jù)

要將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個(gè)線程，可以用 port.postMessage() 方法。它的原型如下：

port.postMessage(data[, transferList])

port 對象可以是 parentPort，也可以是 MessagePort 的實(shí)例 —— 稍后會詳細(xì)講解。

數(shù)據(jù)參數(shù)

第一個(gè)參數(shù) —— 這里被稱為 data —— 是一個(gè)被復(fù)制到另一個(gè)線程的對象。它可以是復(fù)制算法所支持的任何內(nèi)容。

數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)化克隆算法進(jìn)行復(fù)制。引用自 Mozilla：

它通過遞歸輸入對象來進(jìn)行克隆，同時(shí)保持之前訪問過的引用的映射，以避免無限遍歷循環(huán)。

該算法不復(fù)制函數(shù)、錯(cuò)誤、屬性描述符或原型鏈。還需要注意的是，以這種方式復(fù)制對象與使用 JSON 不同，因?yàn)樗梢园h(huán)引用和類型化數(shù)組，而 JSON 不能。

由于能夠復(fù)制類型化數(shù)組，該算法可以在線程之間共享內(nèi)存。

在線程之間共享內(nèi)存

人們可能會說像 cluster 或 child_process 這樣的模塊在很久以前就開始使用線程了。這話對，也不對。

cluster 模塊可以創(chuàng)建多個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)例，其中一個(gè)主進(jìn)程在它們之間對請求進(jìn)行路由。集群能夠有效地增加服務(wù)器的吞吐量；但是我們不能用 cluster 模塊生成一個(gè)單獨(dú)的線程。

人們傾向于用 PM2 這樣的工具來集中管理他們的程序，而不是在自己的代碼中手動執(zhí)行，如果你有興趣，可以研究一下如何使用 cluster 模塊。

child_process 模塊可以生成任何可執(zhí)行文件，無論它是否是用 JavaScript 寫的。它和 worker_threads 非常相似，但缺少后者的幾個(gè)重要功能。

具體來說 thread workers 更輕量，并且與其父線程共享相同的進(jìn)程 ID。它們還可以與父線程共享內(nèi)存，這樣可以避免對大的數(shù)據(jù)負(fù)載進(jìn)行序列化，從而更有效地來回傳遞數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在讓我們看一下如何在線程之間共享內(nèi)存。為了共享內(nèi)存，必須將 ArrayBuffer 或 SharedArrayBuffer 的實(shí)例作為數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)送到另一個(gè)線程。

這是一個(gè)與其父線程共享內(nèi)存的 worker：

import { parentPort } from 'worker_threads';

parentPort.on('message', () => {
 const numberOfElements = 100;
 const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * numberOfElements);
 const arr = new Int32Array(sharedBuffer);

 for (let i = 0; i < numberOfElements; i += 1) {
  arr[i] = Math.round(Math.random() * 30);
 }

 parentPort.postMessage({ arr });
});

首先，我們創(chuàng)建一個(gè) SharedArrayBuffer，其內(nèi)存需要包含100個(gè)32位整數(shù)。接下來創(chuàng)建一個(gè) Int32Array 實(shí)例，它將用緩沖區(qū)來保存其結(jié)構(gòu)，然后用一些隨機(jī)數(shù)填充數(shù)組并將其發(fā)送到父線程。

在父線程中：

import path from 'path';

import { runWorker } from '../run-worker';

const worker = runWorker(path.join(__dirname, 'worker.js'), (err, { arr }) => {
 if (err) {
  return null;
 }

 arr[0] = 5;
});

worker.postMessage({});

把 arr [0] 的值改為5，實(shí)際上會在兩個(gè)線程中修改它。

當(dāng)然，通過共享內(nèi)存，我們冒險(xiǎn)在一個(gè)線程中修改一個(gè)值，同時(shí)也在另一個(gè)線程中進(jìn)行了修改。但是我們在這個(gè)過程中也得到了一個(gè)好處：該值不需要進(jìn)行序列化就可以另一個(gè)線程中使用，這極大地提高了效率。只需記住管理數(shù)據(jù)正確的引用，以便在完成數(shù)據(jù)處理后對其進(jìn)行垃圾回收。

共享一個(gè)整數(shù)數(shù)組固然很好，但我們真正感興趣的是共享對象 —— 這是存儲信息的默認(rèn)方式。不幸的是，沒有 SharedObjectBuffer 或類似的東西，但我們可以自己創(chuàng)建一個(gè)類似的結(jié)構(gòu)。

transferList參數(shù)

transferList 中只能包含 ArrayBuffer 和 MessagePort。一旦它們被傳送到另一個(gè)線程，就不能再次被傳送了；因?yàn)閮?nèi)存里的內(nèi)容已經(jīng)被移動到了另一個(gè)線程。

目前，還不能通過 transferList（可以使用 child_process 模塊）來傳輸網(wǎng)絡(luò)套接字。

創(chuàng)建通信渠道

線程之間的通信是通過 port 進(jìn)行的，port 是 MessagePort 類的實(shí)例，并啟用基于事件的通信。

使用 port 在線程之間進(jìn)行通信的方法有兩種。第一個(gè)是默認(rèn)值，這個(gè)方法比較容易。在 worker 的代碼中，我們從worker_threads 模塊導(dǎo)入一個(gè)名為 parentPort 的對象，并使用對象的 .postMessage() 方法將消息發(fā)送到父線程。

這是一個(gè)例子：

import { parentPort } from 'worker_threads';
const data = {
 // ...
};

parentPort.postMessage(data);

parentPort 是 Node.js 在幕后創(chuàng)建的 MessagePort 實(shí)例，用于與父線程進(jìn)行通信。這樣就可以用 parentPort 和 worker 對象在線程之間進(jìn)行通信。

線程間的第二種通信方式是創(chuàng)建一個(gè) MessageChannel 并將其發(fā)送給 worker。以下代碼是如何創(chuàng)建一個(gè)新的 MessagePort 并與我們的 worker 共享它：

import path from 'path';
import { Worker, MessageChannel } from 'worker_threads';

const worker = new Worker(path.join(__dirname, 'worker.js'));

const { port1, port2 } = new MessageChannel();

port1.on('message', (message) => {
 console.log('message from worker:', message);
});

worker.postMessage({ port: port2 }, [port2]);

在創(chuàng)建 port1 和 port2 之后，我們在 port1 上設(shè)置事件監(jiān)聽器并將 port2 發(fā)送給 worker。我們必須將它包含在 transferList 中，以便將其傳輸給 worker 。

在 worker 內(nèi)部：

import { parentPort, MessagePort } from 'worker_threads';

parentPort.on('message', (data) => {
 const { port }: { port: MessagePort } = data;

 port.postMessage('heres your message!');
});

這樣，我們就能使用父線程發(fā)送的 port 了。

使用 parentPort 不一定是錯(cuò)誤的方法，但最好用 MessageChannel 的實(shí)例創(chuàng)建一個(gè)新的 MessagePort，然后與生成的 worker 共享它。

請注意，在后面的例子中，為了簡便起見，我用了 parentPort。

使用 worker 的兩種方式

可以通過兩種方式使用 worker。第一種是生成一個(gè) worker，然后執(zhí)行它的代碼，并將結(jié)果發(fā)送到父線程。通過這種方法，每當(dāng)出現(xiàn)新任務(wù)時(shí)，都必須重新創(chuàng)建一個(gè)工作者。

第二種方法是生成一個(gè) worker 并為 message 事件設(shè)置監(jiān)聽器。每次觸發(fā) message 時(shí)，它都會完成工作并將結(jié)果發(fā)送回父線程，這會使 worker 保持活動狀態(tài)以供以后使用。

Node.js 文檔推薦第二種方法，因?yàn)樵趧?chuàng)建 thread worker 時(shí)需要創(chuàng)建虛擬機(jī)并解析和執(zhí)行代碼，這會產(chǎn)生比較大的開銷。所以這種方法比不斷產(chǎn)生新 worker 的效率更高。

這種方法被稱為工作池，因?yàn)槲覀儎?chuàng)建了一個(gè)工作池并讓它們等待，在需要時(shí)調(diào)度 message 事件來完成工作。

以下是一個(gè)產(chǎn)生、執(zhí)行然后關(guān)閉 worker 例子：

import { parentPort } from 'worker_threads';

const collection = [];

for (let i = 0; i < 10; i += 1) {
 collection[i] = i;
}

parentPort.postMessage(collection);

將 collection 發(fā)送到父線程后，它就會退出。

下面是一個(gè) worker 的例子，它可以在給定任務(wù)之前等待很長一段時(shí)間：

import { parentPort } from 'worker_threads';

parentPort.on('message', (data: any) => {
 const result = doSomething(data);

 parentPort.postMessage(result);
});

worker_threads 模塊中可用的重要屬性

worker_threads 模塊中有一些可用的屬性：

isMainThread

當(dāng)不在工作線程內(nèi)操作時(shí)，該屬性為 true 。如果你覺得有必要，可以在 worker 文件的開頭包含一個(gè)簡單的 if 語句，以確保它只作為 worker 運(yùn)行。

import { isMainThread } from 'worker_threads';

if (isMainThread) {
 throw new Error('Its not a worker');
}

workerData

產(chǎn)生線程時(shí)包含在 worker 的構(gòu)造函數(shù)中的數(shù)據(jù)。

const worker = new Worker(path, { workerData });

在工作線程中：

import { workerData } from 'worker_threads';

console.log(workerData.property);

parentPort

前面提到的 MessagePort 實(shí)例，用于與父線程通信。

threadId

分配給 worker 的唯一標(biāo)識符。

現(xiàn)在我們知道了技術(shù)細(xì)節(jié)，接下來實(shí)現(xiàn)一些東西并在實(shí)踐中檢驗(yàn)學(xué)到的知識。

實(shí)現(xiàn) setTimeout

setTimeout 是一個(gè)無限循環(huán)，顧名思義，用來檢測程序運(yùn)行時(shí)間是否超時(shí)。它在循環(huán)中檢查起始時(shí)間與給定毫秒數(shù)之和是否小于實(shí)際日期。

import { parentPort, workerData } from 'worker_threads';

const time = Date.now();

while (true) {
  if (time + workerData.time <= Date.now()) {
    parentPort.postMessage({});
    break;
  }
}

這個(gè)特定的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一個(gè)線程，然后執(zhí)行它的代碼，最后在完成后退出。

接下來實(shí)現(xiàn)使用這個(gè) worker 的代碼。首先創(chuàng)建一個(gè)狀態(tài)，用它來跟蹤生成的 worker：

const timeoutState: { [key: string]: Worker } = {};

然后時(shí)負(fù)責(zé)創(chuàng)建 worker 并將其保存到狀態(tài)的函數(shù)：

export function setTimeout(callback: (err: any) => any, time: number) {
 const id = uuidv4();

 const worker = runWorker(
  path.join(__dirname, './timeout-worker.js'),
  (err) => {
   if (!timeoutState[id]) {
    return null;
   }

   timeoutState[id] = null;

   if (err) {
    return callback(err);
   }

   callback(null);
  },
  {
   time,
  },
 );

 timeoutState[id] = worker;

 return id;
}

首先，我們使用 UUID 包為 worker 創(chuàng)建一個(gè)唯一的標(biāo)識符，然后用先前定義的函數(shù) runWorker 來獲取 worker。我們還向 worker 傳入一個(gè)回調(diào)函數(shù)，一旦 worker 發(fā)送了數(shù)據(jù)就會被觸發(fā)。最后，把 worker 保存在狀態(tài)中并返回 id。

在回調(diào)函數(shù)中，我們必須檢查該 worker 是否仍然存在于該狀態(tài)中，因?yàn)橛锌赡軙?cancelTimeout()，這將會把它刪除。如果確實(shí)存在，就把它從狀態(tài)中刪除，并調(diào)用傳給 setTimeout 函數(shù)的 callback。

cancelTimeout 函數(shù)使用 .terminate() 方法強(qiáng)制 worker 退出，并從該狀態(tài)中刪除該這個(gè)worker：

export function cancelTimeout(id: string) {
 if (timeoutState[id]) {
  timeoutState[id].terminate();

  timeoutState[id] = undefined;

  return true;
 }

 return false;
}

如果你有興趣，我也實(shí)現(xiàn)了 setInterval，代碼在這里，但因?yàn)樗鼘€程什么都沒做（我們重用setTimeout的代碼），所以我決定不在這里進(jìn)行解釋。

我已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)短小的測試代碼，目的是檢查這種方法與原生方法的不同之處。你可以在這里找到代碼。這些是結(jié)果：

native setTimeout { ms: 7004, averageCPUCost: 0.1416 }
worker setTimeout { ms: 7046, averageCPUCost: 0.308 }

我們可以看到 setTimeout 有一點(diǎn)延遲 - 大約40ms - 這時(shí) worker 被創(chuàng)建時(shí)的消耗。平均 CPU 成本也略高，但沒什么難以忍受的（CPU 成本是整個(gè)過程持續(xù)時(shí)間內(nèi) CPU 使用率的平均值）。

如果我們可以重用 worker，就能夠降低延遲和 CPU 使用率，這就是要實(shí)現(xiàn)工作池的原因。

實(shí)現(xiàn)工作池

如上所述，工作池是給定數(shù)量的被事先創(chuàng)建的 worker，他們保持空閑并監(jiān)聽 message 事件。一旦 message 事件被觸發(fā)，他們就會開始工作并發(fā)回結(jié)果。

為了更好地描述我們將要做的事情，下面我們來創(chuàng)建一個(gè)由八個(gè) thread worker 組成的工作池：

const pool = new WorkerPool(path.join(__dirname, './test-worker.js'), 8);

如果你熟悉限制并發(fā)操作，那么你在這里看到的邏輯幾乎相同，只是一個(gè)不同的用例。

如上面的代碼片段所示，我們把指向 worker 的路徑和要生成的 worker 數(shù)量傳給了 WorkerPool 的構(gòu)造函數(shù)。

export class WorkerPool<T, N> {
 private queue: QueueItem<T, N>[] = [];
 private workersById: { [key: number]: Worker } = {};
 private activeWorkersById: { [key: number]: boolean } = {};

 public constructor(public workerPath: string, public numberOfThreads: number) {
  this.init();
 }
}

這里還有其他一些屬性，如 workersById 和 activeWorkersById，我們可以分別保存現(xiàn)有的 worker 和當(dāng)前正在運(yùn)行的 worker 的 ID。還有 queue，我們可以使用以下結(jié)構(gòu)來保存對象：

type QueueCallback<N> = (err: any, result?: N) => void;

interface QueueItem<T, N> {
 callback: QueueCallback<N>;
 getData: () => T;
}

callback 只是默認(rèn)的節(jié)點(diǎn)回調(diào)，第一個(gè)參數(shù)是錯(cuò)誤，第二個(gè)參數(shù)是可能的結(jié)果。 getData 是傳遞給工作池 .run() 方法的函數(shù)（如下所述），一旦項(xiàng)目開始處理就會被調(diào)用。 getData 函數(shù)返回的數(shù)據(jù)將傳給工作線程。

在 .init() 方法中，我們創(chuàng)建了 worker 并將它們保存在以下狀態(tài)中：

private init() {
 if (this.numberOfThreads < 1) {
  return null;
 }

 for (let i = 0; i < this.numberOfThreads; i += 1) {
  const worker = new Worker(this.workerPath);

  this.workersById[i] = worker;
  this.activeWorkersById[i] = false;
 }
}

為避免無限循環(huán)，我們首先要確保線程數(shù) > 1。然后創(chuàng)建有效的 worker 數(shù)，并將它們的索引保存在 workersById 狀態(tài)。我們在 activeWorkersById 狀態(tài)中保存了它們當(dāng)前是否正在運(yùn)行的信息，默認(rèn)情況下該狀態(tài)始終為false。

現(xiàn)在我們必須實(shí)現(xiàn)前面提到的 .run() 方法來設(shè)置一個(gè) worker 可用的任務(wù)。

public run(getData: () => T) {
 return new Promise<N>((resolve, reject) => {
  const availableWorkerId = this.getInactiveWorkerId();

  const queueItem: QueueItem<T, N> = {
   getData,
   callback: (error, result) => {
    if (error) {
     return reject(error);
    }
return resolve(result);
   },
  };

  if (availableWorkerId === -1) {
   this.queue.push(queueItem);

   return null;
  }

  this.runWorker(availableWorkerId, queueItem);
 });
}

在 promise 函數(shù)里，我們首先通過調(diào)用 .getInactiveWorkerId() 來檢查是否存在空閑的 worker 可以來處理數(shù)據(jù)：

private getInactiveWorkerId(): number {
 for (let i = 0; i < this.numberOfThreads; i += 1) {
  if (!this.activeWorkersById[i]) {
   return i;
  }
 }

 return -1;
}

接下來，我們創(chuàng)建一個(gè) queueItem，在其中保存?zhèn)鬟f給 .run() 方法的 getData 函數(shù)以及回調(diào)。在回調(diào)中，我們要么 resolve 或者 reject promise，這取決于 worker 是否將錯(cuò)誤傳遞給回調(diào)。

如果 availableWorkerId 的值是 -1，意味著當(dāng)前沒有可用的 worker，我們將 queueItem 添加到 queue。如果有可用的 worker，則調(diào)用 .runWorker() 方法來執(zhí)行 worker。

在 .runWorker() 方法中，我們必須把當(dāng)前 worker 的 activeWorkersById 設(shè)置為使用狀態(tài)；為 message 和 error 事件設(shè)置事件監(jiān)聽器（并在之后清理它們）；最后將數(shù)據(jù)發(fā)送給 worker。

private async runWorker(workerId: number, queueItem: QueueItem<T, N>) {
 const worker = this.workersById[workerId];

 this.activeWorkersById[workerId] = true;

 const messageCallback = (result: N) => {
  queueItem.callback(null, result);

  cleanUp();
 };

 const errorCallback = (error: any) => {
  queueItem.callback(error);

  cleanUp();
 };

 const cleanUp = () => {
  worker.removeAllListeners('message');
  worker.removeAllListeners('error');

  this.activeWorkersById[workerId] = false;

  if (!this.queue.length) {
   return null;
  }

  this.runWorker(workerId, this.queue.shift());
 };

 worker.once('message', messageCallback);
 worker.once('error', errorCallback);

 worker.postMessage(await queueItem.getData());
}

首先，通過使用傳遞的 workerId，我們從 workersById 中獲得 worker 引用。然后，在 activeWorkersById 中，將 [workerId] 屬性設(shè)置為true，這樣我們就能知道在 worker 在忙，不要運(yùn)行其他任務(wù)。

接下來，分別創(chuàng)建 messageCallback 和 errorCallback 用來在消息和錯(cuò)誤事件上調(diào)用，然后注冊所述函數(shù)來監(jiān)聽事件并將數(shù)據(jù)發(fā)送給 worker。

在回調(diào)中，我們調(diào)用 queueItem 的回調(diào)，然后調(diào)用 cleanUp 函數(shù)。在 cleanUp 函數(shù)中，要刪除事件偵聽器，因?yàn)槲覀儠啻沃赜猛粋€(gè) worker。如果沒有刪除監(jiān)聽器的話就會發(fā)生內(nèi)存泄漏，內(nèi)存會被慢慢耗盡。

在 activeWorkersById 狀態(tài)中，我們將 [workerId] 屬性設(shè)置為 false，并檢查隊(duì)列是否為空。如果不是，就從 queue 中刪除第一個(gè)項(xiàng)目，并用另一個(gè) queueItem 再次調(diào)用 worker。

接著創(chuàng)建一個(gè)在收到 message 事件中的數(shù)據(jù)后進(jìn)行一些計(jì)算的 worker：

import { isMainThread, parentPort } from 'worker_threads';

if (isMainThread) {
 throw new Error('Its not a worker');
}

const doCalcs = (data: any) => {
 const collection = [];

 for (let i = 0; i < 1000000; i += 1) {
  collection[i] = Math.round(Math.random() * 100000);
 }

 return collection.sort((a, b) => {
  if (a > b) {
   return 1;
  }

  return -1;
 });
};

parentPort.on('message', (data: any) => {
 const result = doCalcs(data);

 parentPort.postMessage(result);
});

worker 創(chuàng)建了一個(gè)包含 100 萬個(gè)隨機(jī)數(shù)的數(shù)組，然后對它們進(jìn)行排序。只要能夠多花費(fèi)一些時(shí)間才能完成，做些什么事情并不重要。

以下是工作池簡單用法的示例：

const pool = new WorkerPool<{ i: number }, number>(path.join(__dirname, './test-worker.js'), 8);

const items = [...new Array(100)].fill(null);

Promise.all(
 items.map(async (_, i) => {
  await pool.run(() => ({ i }));

  console.log('finished', i);
 }),
).then(() => {
 console.log('finished all');
});

首先創(chuàng)建一個(gè)由八個(gè) worker 組成的工作池。然后創(chuàng)建一個(gè)包含 100 個(gè)元素的數(shù)組，對于每個(gè)元素，我們在工作池中運(yùn)行一個(gè)任務(wù)。開始運(yùn)行后將立即執(zhí)行八個(gè)任務(wù)，其余任務(wù)被放入隊(duì)列并逐個(gè)執(zhí)行。通過使用工作池，我們不必每次都創(chuàng)建一個(gè) worker，從而大大提高了效率。

結(jié)論

worker_threads 提供了一種為程序添加多線程支持的簡單的方法。通過將繁重的 CPU 計(jì)算委托給其他線程，可以顯著提高服務(wù)器的吞吐量。通過官方線程支持，我們可以期待更多來自AI、機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的開發(fā)人員和工程師使用 Node.js.

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。