為什么需要子線程（child_process）模塊
Worker Threads 的基本概念
如何使用 Worker Threads
Worker Threads 的性能
Worker 線程的優勢和限制
進階用法：共享內存
為什么需要子線程（child_process）模塊
在 Node.js 中，
Worker Threads模塊（worker_threads）提供了一種在?Node.js 單線程 中使用多線程的方式，從而能夠更高效地處理計算密集型任務，避免阻塞主線程（事件循環）。這是 Node.js 中引入的一種并發處理機制，旨在提高性能，尤其是在需要大量計算的情況下。
Node.js 默認是單線程的，它通過事件循環來處理異步操作。雖然 Node.js 可以在后臺異步執行 I/O 操作（如文件讀取、數據庫查詢等），但它的事件循環在處理計算密集型任務時會被阻塞。這意味著長時間運行的 CPU 密集型任務（如大型數據處理或算法計算）可能會阻塞事件循環，從而影響整個應用的響應能力。
為了克服這個問題，Node.js 引入了 Worker Threads 模塊，它允許你在單個進程中創建多個線程，每個線程都擁有自己的執行上下文，并可以并行地處理任務。
Worker Threads 的基本概念
- 主線程（Main thread）：主線程是 Node.js 應用的默認執行環境。所有的 I/O 操作和事件循環都在主線程中進行。
- Worker 線程（Worker threads）：每個 Worker 線程擁有自己的事件循環和內存空間。它們與主線程并行運行，能夠處理獨立的任務。
如何使用 Worker Threads
要使用
Worker Threads，首先需要引入worker_threads模塊。每個 Worker 線程都可以通過Worker類來創建，主線程和 Worker 線程之間的通信是通過 消息傳遞 實現的。主線程可以向 Worker 線程發送消息，Worker 線程也可以向主線程發送結果。
Worker Threads 的核心 API
worker_threads.Worker: 用于創建一個新的 Worker 線程。worker_threads.isMainThread: 一個布爾值，用來判斷當前代碼是否在主線程中執行。worker_threads.parentPort: 主線程和 Worker 線程之間的通信通道。worker_threads.workerData: 允許向 Worker 線程傳遞數據。
const { Worker, isMainThread, parentPort, workerData } = require('worker_threads');if (isMainThread) {// 主線程代碼console.log('主線程正在運行');// 創建 Worker 線程const worker = new Worker(__filename, {workerData: { start: 1, end: 5 }});// 監聽 Worker 線程返回的消息worker.on('message', (result) => {console.log(`主線程收到結果：${result}`);});worker.on('error', (err) => {console.error('Worker 線程發生錯誤:', err);});worker.on('exit', (code) => {if (code !== 0) {console.error(`Worker 線程退出時的錯誤代碼: ${code}`);}});
} else {// Worker 線程代碼console.log('Worker 線程正在運行');const { start, end } = workerData;// 執行任務并將結果返回給主線程let result = 0;for (let i = start; i <= end; i++) {result += i;}parentPort.postMessage(result); // 向主線程發送結果
}
Worker Threads 的性能
- 線程池大小：默認情況下，
Worker Threads?模塊使用系統的線程池。每個 Worker 線程在獨立的 CPU 核心上運行，理論上可以并行執行多個計算任務。 - 內存隔離：每個 Worker 線程擁有獨立的內存空間和執行上下文，不會與其他線程共享數據，因此可以避免傳統多線程編程中的競態條件問題。
- 開銷：每個 Worker 線程都需要一定的資源開銷（內存、啟動時間等），所以要謹慎創建過多的 Worker 線程。
Worker 線程的優勢和限制
優點：
- 避免阻塞：Worker 線程可以并行處理計算密集型任務，不會阻塞主線程的事件循環。
- 內存隔離：每個 Worker 線程有獨立的內存空間，避免了共享內存帶來的問題。
- 更好的多核利用：可以利用多核 CPU 來并行處理任務，充分發揮硬件性能。
限制：
- 消息傳遞開銷：線程間的通信是基于消息傳遞的，這可能會引入一定的延遲，尤其是在需要頻繁交互的場景下。
- 內存限制：每個 Worker 線程都需要占用一定的內存和資源，創建大量的 Worker 線程可能導致內存消耗過高。
- 無法共享內存：Worker 線程之間沒有共享內存空間，雖然可以通過?
SharedArrayBuffer?實現共享內存，但這需要額外的管理和同步機制。
進階用法：共享內存
雖然 Worker 線程之間沒有直接的內存共享，但可以通過
SharedArrayBuffer實現內存共享。SharedArrayBuffer是一種允許在多個線程之間共享內存的結構，適用于需要高效交換大量數據的場景。
const { Worker, isMainThread, parentPort, workerData } = require('worker_threads');
const { SharedArrayBuffer, Int32Array } = require('buffer');if (isMainThread) {const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4 * Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT);const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);// 將共享內存傳遞給 Worker 線程const worker = new Worker(__filename, { workerData: sharedBuffer });worker.on('message', () => {console.log(`Main Thread: Shared memory content: ${sharedArray[0]}`);});
} else {const sharedArray = new Int32Array(workerData);// 修改共享內存sharedArray[0] = 42;parentPort.postMessage('done');
}
在這個例子中，SharedArrayBuffer 允許主線程和 Worker 線程之間共享內存。通過 Int32Array 視圖訪問和修改這塊內存。
