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译|如何使用 Node.js 执行多线程

2星期前

从 Node.js 的第 13 版开始,它就能够执行多线程。

简介

大部分 JavaScript 开发人员都认为 Node.js 是单线程的,通过非阻塞异步回调进程处理多个任务,不支持多线程,但现在已经不成立了。在 Node.js 第 13 版中,有一个名为工作线程(worker threads)的新模块可用于实现多线程。

尽管非阻塞异步回调可以非常有效地处理多个任务,但是对于需要大量 CPU 使用率的功能(例如加密操作)会阻止其他进程执行,在这种情况下,Node.js 的性能很弱。工作线程模块通过隔离该功能克服了这个不足,它将 CPU 使用率很高的任务放在一个独立的线程中并由后台处理,而不会阻塞其他进程。

实现

通常在 Node.js 中,主线程处理所有操作。借助以下示例来说明如何创建另一个线程来处理操作。示例中有两个 API,第一个 API 将在主线程上处理函数,另一个 API 将在单独的线程上处理函数。以下代码段显示了示例的基本结构。

/*
*  文件名:index.js
*  描述:这是一个主线程
*/

const express = require("express");

const app = express();
const port = 3000;

app.get("/", (req, res) => {
res.send("Process function on main thread.");
});

app.get("/seprate-thread", (req, res) => {
res.send("Process function on seprate thread.");
});

app.listen(port, () => {
console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`);
});
复制代码

首先,在主线程上添加一个函数。接下来,在另一个线程上添加相同的函数。使用的函数是 getSum,它将返回作为给定参数的极限值累加和。将 getSum 函数添加到主线程后,代码片段如下所示。

/*
*  文件名:index.js
*  描述:这是一个主线程
*/

const express = require("express");

const app = express();
const port = 3000;

const getSum = (limit) => {
let sum = 0;
for (let i = 0; i < limit; i++) {
     sum += i;
}
return sum;
};

app.get("/", (req, res) => {

const result = getSum(1000);
res.send(`Processed function getSum on main thread and result: ${result}`);

});

app.get("/seprate-thread", (req, res) => {
res.send("Process function getSum on seprate thread.");
});

app.listen(port, () => {
console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`);
});
复制代码

下一步是在另一个线程上添加相同的函数,它可以执行以下操作。

  • 将工作线程模块导入到主线程。
const { Worker } = require("worker_threads");
复制代码
  • 创建另一个文件 seprateThread.js,用于定义在另一个线程上运行的 getSum 函数。
  • 创建工作线程模块的实例,并提供新创建文件的路径名。
const seprateThread = new Worker(__dirname + "/seprateThread.js");
复制代码
  • 启动新线程。
seprateThread.on("message", (result) => {
res.send(`Processed function getSum on seprate thread:  ${result}`);
});
复制代码
  • 将数据发送到新线程。
seprateThread.postMessage(1000);
复制代码

最后,主线程将类似于下面的代码片段。

/*
*  文件名:index.js
*  描述:这是一个主线程
*/

const express = require("express");
const { Worker } = require("worker_threads");

const app = express();
const port = 3000;

const getSum = (limit) => {
let sum = 0;
for (let i = 0; i < limit; i++) {
     sum += i;
}
return sum;
};

app.get("/", (req, res) => {

const result = getSum(1000);
res.send(`Processed function getSum on main thread and result: ${result}`);

});

app.get("/seprate-thread", (req, res) => {

const seprateThread = new Worker(__dirname + "/seprateThread.js");
seprateThread.on("message", (result) => {
res.send(`Processed function getSum on seprate thread: ${result}`);
});
seprateThread.postMessage(1000);

});

app.listen(port, () => {
console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`);
});
复制代码

从主线程创建新线程,将 getSum 函数放在新创建的线程上,以便在 seprateThread.js 文件上定义该函数。定义完成后,新线程应该将结果发回主线程。可以参考下面的代码。

/*
*  文件名:seprateThread.js
*  描述:这是一个另一个线程
*/

const { parentPort } = require("worker_threads");

const getSum = (limit) => {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < limit; i++) {
    sum += i;
  }
  return sum;
};

parentPort.on("message", (limit) => {
 const result = getSum(limit);
 parentPort.postMessage(result);
});
复制代码

在上面的示例中,可以看到主线程使用 seprateThread.postMessage() 函数与子线程通信。同样,子线程使用 parentPort.postMessage() 与主线程通信。下图说明了子线程和主线程之间的通信过程。

特点

  • 每个线程都有单独的 V8 引擎。
  • 子线程可以相互通信。
  • 子线程可以共享相同的内存。
  • 初始值可以在启动新线程时作为选项传递。

结论

本文的目的是简要介绍 Node.js 上多线程的基本实现。Node.js 中的多线程与传统的多线程略有不同。对于大规模 I/O 操作,主线程可以比工作线程做得更好。要了解更多关于多线程的内容,请参考 Node.js 官方文档和此处提供的示例源代码:

github.com/krishheii/Multithreading

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