前言
Node.js是一种单线程的编程模型，对Node.js的赞美和诟病的也都是因为它的单线程模型，所有的任务都在一个线程中完成（I/O等例外）。单线程模型，不仅让代码非常简洁，更是直接避免了线程调度的复杂性；同样也是因为单线程，让CPU密集型计算应用，完全不适用。
在Node.js的内核中，给了我们一种新的选择，通过child_process模块创建新进程，从而实现多核并行计算。
目录
- child_process介绍
- child_process的基本使用：spawn, exec, execFile, fork
1. child_process介绍
child_process是Node.js的一个十分重要的模块，通过它可以实现创建多进程，以利用单机的多核计算资源。虽然，Nodejs天生是单线程单进程的，但是有了child_process模块，可以在程序中直接创建子进程，并使用主进程和子进程之间实现通信，等到子进程运行结束以后，主进程再用回调函数读取子进程的运行结果。
本文仅从使用上对child_process模块进行介绍，对于深入的内容请参考官方文档，https://nodejs.org/api/child_process.html
关于Node.js线程不错的文章：https://cnodejs.org/topic/518b679763e9f8a5424406e9
2. child_process的基本使用
child_process模块，在v0.12.0版本主要包括4个异步进程函数(spawn,exec,execFile,fork)和3个同步进程函数(spawnSync,execFileSync,execSync)。以异步函数中spawn是最基本的创建子进程的函数，其他三个异步函数都是对spawn不同程度的封装。spawn只能运行指定的程序，参数需要在列表中给出，而exec可以直接运行复杂的命令。
比如要运行 du -sh /disk1 命令， 使用spawn函数需要写成spawn(‘du ‘, [‘-sh ‘, ‘/disk1’])，而使用exec函数时，可以直接写成exec(‘du -sh /disk1’)。exec是会先进行Shell语法解析，因此用exec函数可以更方便的使用复杂的Shell命令，包括管道、重定向等。下面我们就针对每个异步函数，进行测试一下。
系统环境
- Linux Ubuntu 14.04.1 LTS 64bit
- Nodejs:v0.13.0-pre
- Npm:1.4.28
创建项目
~ cd /disk1/demo
~ mkdir nodejs-childprocess && cd nodejs-childprocess
2.1 spawn函数
spawn从定义来看，有3个参数。
child_process.spawn(command[, args][, options])- command: 只执行的命令
- args: 参数列表，可输入多的参数
- options: 环境变量对象
其中环境变量对象包括7个属性：
- cwd: 子进程的当前工作目录
- env: 环境变量键值对
- stdio: 子进程 stdio 配置
- customFds: 作为子进程 stdio 使用的文件标示符
- detached: 进程组的主控制
- uid: 用户进程的ID.
- gid: 进程组的ID.
首先，我们运行一下，上文提到的du的命令。直接在命令行，运行的结果。
~ du -sh /disk1 582M /disk1
新建文件spawn.js
~ vi spawn.js var child = require('child_process'); var du = child.spawn('du', ['-sh', '/disk1']); du.stdout.on('data', function (data) { console.log('stdout: ' + data); }); du.stderr.on('data', function (data) { console.log('stderr: ' + data); }); du.on('exit', function (code) { console.log('child process exited with code ' + code); });
通过node运行的结果
~ node spawn.js stdout: 582M /disk1 child process exited with code 0
输出的结果是一样的，这样我们就可以很方便地以异步的方式调用系统命令了，spawn是不支持callback函数的，通过stream的方式发数据传给主进程，从而实现了多进程之间的数据交换。
这个功能的直接用应用场景就是“系统监控”。在Linux下，我们有很多命令行工具，可以实时监控CPU,内存,IO,网络等数据，那么用Node的child_process模块可以很容易地把这些数据采集的我们自己的应用中。
比如，我们用mpstat命令，监控用户CPU的使用情况。先看看mpstat命令直接使用的效果。
~ mpstat 1 Linux 3.13.0-32-generic (ape3) 03/20/2015 _x86_64_ (4 CPU) 11:45:56 AM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle 11:45:57 AM all 96.50 0.00 3.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 11:45:58 AM all 96.50 0.00 3.25 0.00 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 11:45:59 AM all 96.50 0.00 3.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 11:46:00 AM all 96.50 0.00 3.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 11:46:01 AM all 96.26 0.00 3.24 0.00 0.25 0.00 0.25 0.00 0.00 0.00 11:46:02 AM all 96.75 0.00 3.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 11:46:03 AM all 96.51 0.00 3.24 0.00 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ^C Average: all 96.50 0.00 3.35 0.00 0.11 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00
我们新建文件mpstat.js，读取mpstat命令的数据，然后只输出%usr的数据。
~ vi mpstat.js var child = require('child_process'); var mpstat = child.spawn('mpstat', ['1']); //Linux 3.13.0-32-generic (ape3) 03/20/2015 _x86_64_ (4 CPU) //11:27:12 AM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle //11:27:13 AM all 96.50 0.00 3.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 var line = 0; var cols = ["time","day","CPU","%usr","%nice","%sys","%iowait","%irq","%soft","%steal","%guest","%gnice","%idle"]; mpstat.stdout.on('data', function (data) { var str = data.toString(); if(line > 2) { var arr = str.split(/s+/); console.log(arr[0]+" "+cols[3]+" "+arr[3]); }else{ line++; } }); mpstat.stderr.on('data', function (data) { console.log('stderr: ' + data); }); mpstat.on('exit', function (code) { console.log('child process exited with code ' + code); });
运行程序：
~ node mpstat.js
11:47:57 %usr 96.75
11:47:58 %usr 96.52
11:47:59 %usr 96.75
11:48:00 %usr 96.25
11:48:01 %usr 96.74
11:48:02 %usr 96.51
11:48:03 %usr 96.74
11:48:04 %usr 96.51
这样就完成系统数据的采集，我们可以把采集到的数据存储到数据库中，通过websocket等协议直接输出的浏览器前端进行数据的展示。
2.2 exec函数
exec函数是对spawn的一种友好封装，增加Shell命令解析，可以直接嵌入复杂的命令，比如，管道用法 cat spawn.js exec.js | wc。
我先试用wc命令来统计一下当前目录的文件字数，分别对应3列为 字节数、字数、行数。
~ wc * 9 29 275 exec.js 25 95 878 mpstat.js 16 41 343 spawn.js 50 165 1496 total ~ cat *.js | wc 50 165 1496
接下来，我们使用exec函数，来使用Linux管道命令。
~ vi exec.js var childProcess = require('child_process'); var ls = childProcess.exec('cat *.js | wc', function (error, stdout, stderr) { if (error) { console.log(error.stack); console.log('Error code: '+error.code); } console.log('Child Process STDOUT: '+stdout); });
运行程序：
~ node exec.js
Child Process STDOUT: 50 165 1496
输出结果与Linux命令类似，而且用exec时，命令可以写成一个完整的字符串了，不用像spawn函数时分开写成多个参数数组的形式。最后通过一个callback函数来返回，更符合JavaScript的函数调用习惯，通常情况我们可以用exec来替换spawn的使用。
2.3 execFile函数
execFile函数会直接执行特定的程序，参数作为数组传入，不会被bash解释，因此具有较高的安全性。execFile与spawn的参数相似，也需要分别指定执行的命令和参数，但可以接受一个回调函数，与exec的回调函数相同。
我们看一个execFile函数的例子。
~ vi execFile.js var childProcess = require('child_process'); var path = "."; childProcess.execFile('/bin/ls', ['-l', path], function (err, result) { console.log(result) });
运行程序
~ node execFile.js total 16 -rw-r--r-- 1 root root 527 Mar 20 13:23 execFile.js -rw-r--r-- 1 root root 275 Mar 20 13:11 exec.js -rw-r--r-- 1 root root 878 Mar 20 11:53 mpstat.js -rw-r--r-- 1 root root 343 Mar 20 11:11 spawn.js
那么，什么时候使用exec，什么时候使用execFile呢？
如果命令参数是由用户来输入的，对于exec函数来说是有安全性风险的，因为Shell会运行多行命令，比如’ls -l .;pwd，如逗号分隔，之后的命令也会被系统运行。但使用exeFile命令时，命令和参数分来，防止了参数注入的安全风险。
我们用程序测试一下。
~ vi execFile.js // exec var cmd = 'ls -l .;pwd' var ls = childProcess.exec(cmd, function (error, stdout, stderr) { if (error) { console.log(error.stack); console.log('Error code: '+error.code); } console.log('Child Process STDOUT: '+stdout); }); // execFile var path = ".;pwd"; childProcess.execFile('/bin/ls', ['-l', path], function (err, result) { console.log(result) });
运行程序
~ node execFile.js { [Error: Command failed: /bin/ls -l .;pwd /bin/ls: cannot access .;pwd: No such file or directory ] killed: false, code: 2, signal: null, cmd: '/bin/ls -l .;pwd' } Child Process STDOUT: total 16 -rw-r--r-- 1 root root 547 Mar 20 13:31 execFile.js -rw-r--r-- 1 root root 275 Mar 20 13:11 exec.js -rw-r--r-- 1 root root 878 Mar 20 11:53 mpstat.js -rw-r--r-- 1 root root 343 Mar 20 11:11 spawn.js /disk1/demo/nodejs-childprocess
从输出结果看到，exec函数被正常执行，而execFile函数，则提示参数错误。
2.4 fork
fork函数，用于在子进程中运行的模块，如 fork(‘./son.js’) 相当于 spawn(‘node’, [‘./son.js’]) 。与spawn方法不同的是，fork会在父进程与子进程之间，建立一个通信管道，用于进程之间的通信。
我们一个主进程和子进程通信的例子，主进程文件main.js和子进程文件son.js。
新建主进程文件。
~ main.js var childProcess = require('child_process'); var n = childProcess.fork('./son.js'); n.on('message', function(m) { console.log('Main Listen: ', m); }); n.send({ hello: 'son' });
新建子进程文件。
~ vi son.js process.on('message', function(m) { console.log('Son Listen:', m); }); process.send({ Hello: 'conan' });
运行程序：
~ node main.js Main Listen: { Hello: 'conan' } Son Listen: { hello: 'son' }
通过main.js启动子进程son.js，通过process在两个进程之间传递数据。我们对系统进程进行检查，看看是否确实有两个进程。
~ ps -aux|grep node
root 22777 0.2 0.1 603240 13252 pts/3 Sl+ 14:25 0:00 node main.js
root 22782 0.2 0.1 603540 13516 pts/3 Sl+ 14:25 0:00 /usr/local/bin/node ./son.js
有2个node进程分别是node main.js和node ./son.js。
掌握了进程之间的通信，我们可以做的事情就比较多了，比如自己做一个Node.js多进程管理器，调度器之类。相对于Java的多线程管理或者进程调度来说，Node程序是如此简单明了的。我已经非常明显的感觉到了编程语言在进步！！