NodeJs之child

Node.js 的 child_process 模块许你创建和管理子进程。通过这个模块，我们可以在 Node.js 应用程序中执行其他命令行程序（如 shell 命令），并与这些进程进行交互。

创建子进程

child_process 模块提供了几个方法来创建子进程：

spawn：用于创建一个新的进程。适合处理大量数据（如文件流），因为它使用流进行通信。
exec：创建一个新的 shell 进程并执行一个命令。适合执行简单的命令并获取输出。它将输出缓冲在内存中，因此不适合处理大量数据。
execFile：类似于 exec，但直接执行可执行文件，而不是通过 shell。这通常更安全，也更高效。
fork：用于创建一个新的 Node.js 进程，特别用于启动一个新的 Node.js 脚本，并与主进程进行 IPC（进程间通信）。

spawn

const { spawn } = require('child_process');

const child = spawn('ls', ['-lh', '/usr']); // 例如列出文件

child.stdout.on('data', (data) => {
    console.log(`stdout: ${data}`);
});

child.stderr.on('data', (data) => {
    console.error(`stderr: ${data}`);
});

child.on('close', (code) => {
    console.log(`子进程退出，代码：${code}`);
});

exec

const { exec } = require('child_process');

exec('ls -lh /usr', (error, stdout, stderr) => {
    if (error) {
        console.error(`执行错误: ${error.message}`);
        return;
    }
    if (stderr) {
        console.error(`stderr: ${stderr}`);
        return;
    }
    console.log(`stdout: ${stdout}`);
});

execFile

const { execFile } = require('child_process');

execFile('/path/to/executable', ['arg1', 'arg2'], (error, stdout, stderr) => {
    if (error) {
        console.error(`执行错误: ${error.message}`);
        return;
    }
    console.log(`stdout: ${stdout}`);
});

fork

const { fork } = require('child_process');

const child = fork('child.js'); // 启动一个新的 Node.js 脚本

child.on('message', (msg) => {
    console.log(`子进程发送的消息: ${msg}`);
});

child.send('主进程消息');

子进程的创建和管理

spawn 和 fork

spawn 和 fork 是 child_process 模块中最常用的两个方法。它们的实现涉及到以下几个关键步骤：

fork 的实现：fork 实际上是一个特殊的 spawn 调用，它会通过 POSIX 的 fork 系统调用来创建子进程。此时，子进程会复制父进程的所有内存空间，但在实际使用中，它们是独立的。然后，子进程通过 exec 加载指定的 Node.js 脚本。
IPC 套接字：在 fork 中，Node.js 创建一个用于父子进程通信的 UNIX 域套接字。这通过调用 socketpair() 完成，该套接字提供了一个双向的通信通道。Node.js 封装了这个套接字，使其能够在 JavaScript 中使用 process.send() 和 process.on('message')。

exec

exec 函数在内部调用 spawn，并创建一个新的 shell 来执行命令。这种方法在一定程度上降低了安全性，因为用户提供的命令字符串可能导致命令注入攻击。为了增强安全性，Node.js 允许通过 execFile 直接执行可执行文件，这样就不需要通过 shell。

const char* argv[] = { "sh", "-c", command, nullptr };

流和事件驱动

Node.js 是一个事件驱动的环境，child_process 模块利用了这一特性：

流的实现：每个子进程的 stdout 和 stderr 都是可读流，可以使用 Node.js 的流 API（如 pipe 和 on('data')）进行处理。这使得你可以逐步读取输出，避免一次性将大量数据加载到内存中。
事件监听：子进程可以通过 on('exit') 事件监听进程结束事件。每当子进程退出时，父进程就会收到一个事件，携带退出代码和信号信息。

错误处理

Node.js 在处理子进程时，提供了一系列的错误处理机制：

回调和 Promise：大部分方法（如 exec 和 execFile）都提供了回调函数，便于处理错误。对于 spawn，你可以通过监听子进程的 error 事件来捕获启动失败的情况。
子进程退出处理：在子进程退出时，Node.js 会捕获其退出代码。如果子进程因错误退出，父进程会收到相应的信号并可以进行相应的处理。

性能优化

child_process 模块在性能上有一些优化：

Lazy Loading：Node.js 在需要时才创建子进程，避免不必要的资源浪费。
流式处理：使用流而不是将数据全部加载到内存中，可以显著降低内存使用，尤其是在处理大文件或长时间运行的进程时。
缓存和重用：在某些情况下，可以重用子进程，尤其是通过 fork 创建的 Node.js 子进程，可以保持状态并减少启动时间。

内部实现细节

Libuv：Node.js 的异步 I/O 操作是通过 Libuv 库实现的，child_process 模块的许多功能都是通过 Libuv 提供的底层 API 完成的，例如 uv_spawn 和 uv_pipe。
跨平台支持：child_process 模块内部对 Windows 和 Unix 系统的支持不同。比如，Windows 使用命名管道进行 IPC，而 Unix 使用 UNIX 域套接字。

使用 child_process 模块可以实现复杂的工作流。例如，数据处理或编译任务通常会使用子进程来执行外部工具，允许在 Node.js 环境中运行如 ffmpeg、imagemagick 等命令行工具。

const { spawn } = require('child_process');
const ffmpeg = spawn('ffmpeg', ['-i', 'input.mp4', 'output.avi']);

ffmpeg.stdout.on('data', (data) => {
    console.log(`输出: ${data}`);
});

ffmpeg.stderr.on('data', (data) => {
    console.error(`错误: ${data}`);
});

ffmpeg.on('close', (code) => {
    console.log(`子进程退出，代码: ${code}`);
});

bajiu

NodeJs之child_process