nodejs中使用worker_threads来创建新的线程

简介

之前的文章中提到了,nodejs中有两种线程,一种是event loop用来相应用户的请求和处理各种callback。另一种就是worker pool用来处理各种耗时操作。

nodejs的官网提到了一个能够使用nodejs本地woker pool的lib叫做webworker-threads。

可惜的是webworker-threads的最后一次更新还是在2年前,而在最新的nodejs 12中,根本无法使用。

而webworker-threads的作者则推荐了一个新的lib叫做web-worker。

web-worker是构建于nodejs的worker_threads之上的,本文将会详细讲解worker_threads和web-worker的使用。

worker_threads

worker_threads模块的源代码源自lib/worker_threads.js,它指的是工作线程,可以开启一个新的线程来并行执行javascript程序。

worker_threads主要用来处理CPU密集型操作,而不是IO操作,因为nodejs本身的异步IO已经非常强大了。

worker_threads中主要有5个属性,3个class和3个主要的方法。接下来我们将会一一讲解。

isMainThread

isMainThread用来判断代码是否在主线程中运行,我们看一个使用的例子:

const { Worker, isMainThread } = require('worker_threads');

if (isMainThread) {
console.log('在主线程中');
new Worker(__filename);
} else {
console.log('在工作线程中');
console.log(isMainThread); // 打印 'false'。
}

上面的例子中,我们从worker_threads模块中引入了Worker和isMainThread,Worker就是工作线程的主类,我们将会在后面详细讲解,这里我们使用Worker创建了一个工作线程。

MessageChannel

MessageChannel代表的是一个异步双向通信channel。MessageChannel中没有方法,主要通过MessageChannel来连接两端的MessagePort。

    class MessageChannel {
readonly port1: MessagePort;
readonly port2: MessagePort;
}

当我们使用new MessageChannel()的时候,会自动创建两个MessagePort。

const { MessageChannel } = require('worker_threads');

const { port1, port2 } = new MessageChannel();
port1.on('message', (message) => console.log('received', message));
port2.postMessage({ foo: 'bar' });
// Prints: received { foo: 'bar' } from the `port1.on('message')` listener

通过MessageChannel,我们可以进行MessagePort间的通信。

parentPort和MessagePort

parentPort是一个MessagePort类型,parentPort主要用于worker线程和主线程进行消息交互。

通过parentPort.postMessage()发送的消息在主线程中将可以通过worker.on('message')接收。

主线程中通过worker.postMessage()发送的消息将可以在工作线程中通过parentPort.on('message')接收。

我们看一下MessagePort的定义:

class MessagePort extends EventEmitter {
close(): void;
postMessage(value: any, transferList?: Array<ArrayBuffer | MessagePort>): void;
ref(): void;
unref(): void;
start(): void; addListener(event: "close", listener: () => void): this;
addListener(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
addListener(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this; emit(event: "close"): boolean;
emit(event: "message", value: any): boolean;
emit(event: string | symbol, ...args: any[]): boolean; on(event: "close", listener: () => void): this;
on(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
on(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this; once(event: "close", listener: () => void): this;
once(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
once(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this; prependListener(event: "close", listener: () => void): this;
prependListener(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
prependListener(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this; prependOnceListener(event: "close", listener: () => void): this;
prependOnceListener(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
prependOnceListener(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this; removeListener(event: "close", listener: () => void): this;
removeListener(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
removeListener(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this; off(event: "close", listener: () => void): this;
off(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
off(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this;
}

MessagePort继承自EventEmitter,它表示的是异步双向通信channel的一端。这个channel就叫做MessageChannel,MessagePort通过MessageChannel来进行通信。

我们可以通过MessagePort来传输结构体数据,内存区域或者其他的MessagePorts。

从源代码中,我们可以看到MessagePort中有两个事件,close和message。

close事件将会在channel的中任何一端断开连接的时候触发,而message事件将会在port.postMessage时候触发,下面我们看一个例子:

const { MessageChannel } = require('worker_threads');
const { port1, port2 } = new MessageChannel(); // Prints:
// foobar
// closed!
port2.on('message', (message) => console.log(message));
port2.on('close', () => console.log('closed!')); port1.postMessage('foobar');
port1.close();

port.on('message')实际上为message事件添加了一个listener,port还提供了addListener方法来手动添加listener。

port.on('message')会自动触发port.start()方法,表示启动一个port。

当port有listener存在的时候,这表示port存在一个ref,当存在ref的时候,程序是不会结束的。我们可以通过调用port.unref方法来取消这个ref。

接下来我们看一下怎么通过port来传输消息:

port.postMessage(value[, transferList])

postMessage可以接受两个参数,第一个参数是value,这是一个JavaScript对象。第二个参数是transferList。

先看一个传递一个参数的情况:

const { MessageChannel } = require('worker_threads');
const { port1, port2 } = new MessageChannel(); port1.on('message', (message) => console.log(message)); const circularData = {};
circularData.foo = circularData;
// Prints: { foo: [Circular] }
port2.postMessage(circularData);

通常来说postMessage发送的对象都是value的拷贝,但是如果你指定了transferList,那么在transferList中的对象将会被transfer到channel的接受端,并且不再存在于发送端,就好像把对象传送出去一样。

transferList是一个list,list中的对象可以是ArrayBuffer, MessagePort 和 FileHandle。

如果value中包含SharedArrayBuffer对象,那么该对象不能被包含在transferList中。

看一个包含两个参数的例子:

const { MessageChannel } = require('worker_threads');
const { port1, port2 } = new MessageChannel(); port1.on('message', (message) => console.log(message)); const uint8Array = new Uint8Array([ 1, 2, 3, 4 ]);
// post uint8Array的拷贝:
port2.postMessage(uint8Array); port2.postMessage(uint8Array, [ uint8Array.buffer ]); //port2.postMessage(uint8Array);

上面的例子将输出:

Uint8Array(4) [ 1, 2, 3, 4 ]
Uint8Array(4) [ 1, 2, 3, 4 ]

第一个postMessage是拷贝,第二个postMessage是transfer Uint8Array底层的buffer。

如果我们再次调用port2.postMessage(uint8Array),我们会得到下面的错误:

DOMException [DataCloneError]: An ArrayBuffer is detached and could not be cloned.

buffer是TypedArray的底层存储结构,如果buffer被transfer,那么之前的TypedArray将会变得不可用。

markAsUntransferable

要想避免这个问题,我们可以调用markAsUntransferable将buffer标记为不可transferable. 我们看一个markAsUntransferable的例子:

const { MessageChannel, markAsUntransferable } = require('worker_threads');

const pooledBuffer = new ArrayBuffer(8);
const typedArray1 = new Uint8Array(pooledBuffer);
const typedArray2 = new Float64Array(pooledBuffer); markAsUntransferable(pooledBuffer); const { port1 } = new MessageChannel();
port1.postMessage(typedArray1, [ typedArray1.buffer ]); console.log(typedArray1);
console.log(typedArray2);

SHARE_ENV

SHARE_ENV是传递给worker构造函数的一个env变量,通过设置这个变量,我们可以在主线程与工作线程进行共享环境变量的读写。

const { Worker, SHARE_ENV } = require('worker_threads');
new Worker('process.env.SET_IN_WORKER = "foo"', { eval: true, env: SHARE_ENV })
.on('exit', () => {
console.log(process.env.SET_IN_WORKER); // Prints 'foo'.
});

workerData

除了postMessage(),还可以通过在主线程中传递workerData给worker的构造函数,从而将主线程中的数据传递给worker:

const { Worker, isMainThread, workerData } = require('worker_threads');

if (isMainThread) {
const worker = new Worker(__filename, { workerData: 'Hello, world!' });
} else {
console.log(workerData); // Prints 'Hello, world!'.
}

worker类

先看一下worker的定义:

    class Worker extends EventEmitter {
readonly stdin: Writable | null;
readonly stdout: Readable;
readonly stderr: Readable;
readonly threadId: number;
readonly resourceLimits?: ResourceLimits; constructor(filename: string | URL, options?: WorkerOptions); postMessage(value: any, transferList?: Array<ArrayBuffer | MessagePort>): void;
ref(): void;
unref(): void; terminate(): Promise<number>; getHeapSnapshot(): Promise<Readable>; addListener(event: "error", listener: (err: Error) => void): this;
addListener(event: "exit", listener: (exitCode: number) => void): this;
addListener(event: "message", listener: (value: any) => void): this;
addListener(event: "online", listener: () => void): this;
addListener(event: string | symbol, listener: (...args: any[]) => void): this; ...
}

worker继承自EventEmitter,并且包含了4个重要的事件:error,exit,message和online。

worker表示的是一个独立的 JavaScript 执行线程,我们可以通过传递filename或者URL来构造worker。

每一个worker都有一对内置的MessagePort,在worker创建的时候就会相互关联。worker使用这对内置的MessagePort来和父线程进行通信。

通过parentPort.postMessage()发送的消息在主线程中将可以通过worker.on('message')接收。

主线程中通过worker.postMessage()发送的消息将可以在工作线程中通过parentPort.on('message')接收。

当然,你也可以显式的创建MessageChannel 对象,然后将MessagePort作为消息传递给其他线程,我们看一个例子:

const assert = require('assert');
const {
Worker, MessageChannel, MessagePort, isMainThread, parentPort
} = require('worker_threads');
if (isMainThread) {
const worker = new Worker(__filename);
const subChannel = new MessageChannel();
worker.postMessage({ hereIsYourPort: subChannel.port1 }, [subChannel.port1]);
subChannel.port2.on('message', (value) => {
console.log('接收到:', value);
});
} else {
parentPort.once('message', (value) => {
assert(value.hereIsYourPort instanceof MessagePort);
value.hereIsYourPort.postMessage('工作线程正在发送此消息');
value.hereIsYourPort.close();
});
}

上面的例子中,我们借助了worker和parentPort本身的消息传递功能,传递了一个显式的MessageChannel中的MessagePort。

然后又通过该MessagePort来进行消息的分发。

receiveMessageOnPort

除了port的on('message')方法之外,我们还可以使用receiveMessageOnPort来手动接收消息:

const { MessageChannel, receiveMessageOnPort } = require('worker_threads');
const { port1, port2 } = new MessageChannel();
port1.postMessage({ hello: 'world' }); console.log(receiveMessageOnPort(port2));
// Prints: { message: { hello: 'world' } }
console.log(receiveMessageOnPort(port2));
// Prints: undefined

moveMessagePortToContext

先了解一下nodejs中的Context的概念,我们可以从vm中创建context,它是一个隔离的上下文环境,从而保证不同运行环境的安全性,我们看一个context的例子:

const vm = require('vm');

const x = 1;

const context = { x: 2 };
vm.createContext(context); // 上下文隔离化对象。 const code = 'x += 40; var y = 17;';
// `x` and `y` 是上下文中的全局变量。
// 最初,x 的值为 2,因为这是 context.x 的值。
vm.runInContext(code, context); console.log(context.x); // 42
console.log(context.y); // 17 console.log(x); // 1; y 没有定义。

在worker中,我们可以将一个MessagePort move到其他的context中。

worker.moveMessagePortToContext(port, contextifiedSandbox)

这个方法接收两个参数,第一个参数就是要move的MessagePort,第二个参数就是vm.createContext()创建的context对象。

worker_threads的线程池

上面我们提到了使用单个的worker thread,但是现在程序中一个线程往往是不够的,我们需要创建一个线程池来维护worker thread对象。

nodejs提供了AsyncResource类,来作为对异步资源的扩展。

AsyncResource类是async_hooks模块中的。

下面我们看下怎么使用AsyncResource类来创建worker的线程池。

假设我们有一个task,使用来执行两个数相加,脚本名字叫做task_processor.js:

const { parentPort } = require('worker_threads');
parentPort.on('message', (task) => {
parentPort.postMessage(task.a + task.b);
});

下面是worker pool的实现:

const { AsyncResource } = require('async_hooks');
const { EventEmitter } = require('events');
const path = require('path');
const { Worker } = require('worker_threads'); const kTaskInfo = Symbol('kTaskInfo');
const kWorkerFreedEvent = Symbol('kWorkerFreedEvent'); class WorkerPoolTaskInfo extends AsyncResource {
constructor(callback) {
super('WorkerPoolTaskInfo');
this.callback = callback;
} done(err, result) {
this.runInAsyncScope(this.callback, null, err, result);
this.emitDestroy(); // `TaskInfo`s are used only once.
}
} class WorkerPool extends EventEmitter {
constructor(numThreads) {
super();
this.numThreads = numThreads;
this.workers = [];
this.freeWorkers = []; for (let i = 0; i < numThreads; i++)
this.addNewWorker();
} addNewWorker() {
const worker = new Worker(path.resolve(__dirname, 'task_processor.js'));
worker.on('message', (result) => {
// In case of success: Call the callback that was passed to `runTask`,
// remove the `TaskInfo` associated with the Worker, and mark it as free
// again.
worker[kTaskInfo].done(null, result);
worker[kTaskInfo] = null;
this.freeWorkers.push(worker);
this.emit(kWorkerFreedEvent);
});
worker.on('error', (err) => {
// In case of an uncaught exception: Call the callback that was passed to
// `runTask` with the error.
if (worker[kTaskInfo])
worker[kTaskInfo].done(err, null);
else
this.emit('error', err);
// Remove the worker from the list and start a new Worker to replace the
// current one.
this.workers.splice(this.workers.indexOf(worker), 1);
this.addNewWorker();
});
this.workers.push(worker);
this.freeWorkers.push(worker);
this.emit(kWorkerFreedEvent);
} runTask(task, callback) {
if (this.freeWorkers.length === 0) {
// No free threads, wait until a worker thread becomes free.
this.once(kWorkerFreedEvent, () => this.runTask(task, callback));
return;
} const worker = this.freeWorkers.pop();
worker[kTaskInfo] = new WorkerPoolTaskInfo(callback);
worker.postMessage(task);
} close() {
for (const worker of this.workers) worker.terminate();
}
} module.exports = WorkerPool;

我们给worker创建了一个新的kTaskInfo属性,并且将异步的callback封装到WorkerPoolTaskInfo中,赋值给worker.kTaskInfo.

接下来我们就可以使用workerPool了:

const WorkerPool = require('./worker_pool.js');
const os = require('os'); const pool = new WorkerPool(os.cpus().length); let finished = 0;
for (let i = 0; i < 10; i++) {
pool.runTask({ a: 42, b: 100 }, (err, result) => {
console.log(i, err, result);
if (++finished === 10)
pool.close();
});
}

本文作者:flydean程序那些事

本文链接:http://www.flydean.com/nodejs-worker-thread/

本文来源:flydean的博客

欢迎关注我的公众号:「程序那些事」最通俗的解读,最深刻的干货,最简洁的教程,众多你不知道的小技巧等你来发现!

nodejs中使用worker_threads来创建新的线程的更多相关文章

  1. 彻底抛弃PeopleEditor,SharePoint中利用Jquery Chosen创建新的人员选择器

    彻底抛弃PeopleEditor,SharePoint中利用Jquery Chosen创建新的人员选择器 基于SharePoint平台开发时,人员选择器使用频率是非常高的,但是原生的人员选择器使用太麻 ...

  2. 翻译 异步I/O不会创建新的线程

    异步I/O不会创建新的线程 本文翻译自 Stephen Cleary 的 [There is No Thread] 原文地址 https://blog.stephencleary.com/2013/1 ...

  3. Sql中根据旧表创建新表的SQL语句

    今天在网上查了下,根据旧表创建新表的SQL语句,网上给了两个答案 create table tab_new like tab_old (使用旧表创建新表) create table tab_new a ...

  4. 【C++】【MFC】创建新的线程函数

    DWORD WINAPI MyThreadProc (LPVOID lpParam){ somestruct* pN = (somestruct*)lpParam; // 将参数转为你的类型 ... ...

  5. 在nodejs中创建cluster

    目录 简介 cluster集群 cluster详解 cluster中的event cluster中的方法 cluster中的属性 cluster中的worker 总结 在nodejs中创建cluste ...

  6. 在nodejs中创建child process

    目录 简介 child process 异步创建进程 同步创建进程 在nodejs中创建child process 简介 nodejs的main event loop是单线程的,nodejs本身也维护 ...

  7. 深入理解nodejs中的异步编程

    目录 简介 同步异步和阻塞非阻塞 javascript中的回调 回调函数的错误处理 回调地狱 ES6中的Promise 什么是Promise Promise的特点 Promise的优点 Promise ...

  8. 多线程编程之Windows环境下创建新线程

    转自: http://www.cnblogs.com/lgxqf/archive/2009/02/10/1387480.html 在 Win32 API 中,创建线程的基本函数是 CreateThre ...

  9. Spark无法创建新线程

    Spark提交程序报错,无法创建新的线程 原因是因为这台公用机器上跑的进程太多了,需要修改Linux参数,允许用户最大进程数 查看允许用户最大进程数配置 ulimit -a 修改允许用户最大进程数配置 ...

随机推荐

  1. Greenplum 性能优化之路 --(三)ANALYZE

    一.为什么需要 ANALYZE 首先介绍下 RBO 和 CBO,这是数据库引擎在执行 SQL 语句时的2种不同的优化策略. RBO(Rule-Based Optimizer) 基于规则的优化器,就是优 ...

  2. 多任务-python实现-生成器相关(2.1.13)

    @ 目录 1.概念 2.创建方法 3.通过send方式来启动 1.概念 通过列表生成式,我们可以直接创建一个列表,但是,受到内存限制,列表容量肯定是有限的,而且创建一个包含100万个元素的列表,不仅占 ...

  3. CVE-2019-0708_RDP漏洞利用

    可以说是2019年影响比较大的一个漏洞了, 简述下这个漏洞: Windows系列服务器于2019年5月15号,被爆出高危漏洞,该漏洞影响范围较广如: windows2003.windows2008.w ...

  4. 史上最全Xshell and Xftp 工具的使用

    文章目录 什么是xshell 解决: 安装Xshell Xshell怎么建立连接 Xshell如果修改已有连接信息? 修改,背景色,字体,编码 Xshell导出已有的登录信息 Xftp的使用 XFP建 ...

  5. 灯光设置(light)

    clc;clear all;close all; %% 台灯的设置figure('color','k')% 底座fill3([0 1 1 0],[0 0 1 1],[0 0 0 0],'b',... ...

  6. MySQL如何计算统计redo log大小

      在MySQL中如何计算.统计重做日志(redo log)的生成情况呢? 例如10分钟内,生成了多少M的redo log呢?30分钟内又生成了多少M的redo log......MySQL没有像Or ...

  7. 小白经典CNN论文复现系列(一):LeNet1989

    小白的经典CNN复现系列(一):LeNet-1989 之前的浙大AI作业的那个系列,因为后面的NLP的东西我最近大概是不会接触到,所以我们先换一个系列开始更新博客,就是现在这个经典的CNN复现啦(。・ ...

  8. Android驱动学习-Eclipse安装与配置

    在ubuntu系统下安装配置Eclipse软件.并且让其支持编译java程序和内核驱动程序. 1. 下载Eclipse软件. 打开官网:http://www.eclipse.org/  点击 DOWN ...

  9. Linux内核源码分析之setup_arch (三)

    1. 前言 在 Linux内核源码分析之setup_arch (二) 中介绍了当前启动阶段的内存分配函数memblock_alloc,该内存分配函数在本篇将要介绍paging_init中用于页表和内存 ...

  10. centos7中redis安装配置

    1.官网下载对应版本,本例以5.0.5为例 2.tar -zxvf xxxxx 并mv到安装目录 3.进入redis-5.0.5目录下,执行编译命令 make 4.编译完成后,经redis安装到指定目 ...