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Node.js worker_threads 模块
Node.js 内置模块 Node.js 的 worker_threads 模块允许开发者在 Node.js 应用程序中创建多线程。与传统的单线程 Node.js 模型不同，这个模块让你可以在单独的线程中执行 JavaScript 代码，从而实现真正的并行处理。
为什么需要多线程
Node.js 默认是单线程的，这意味着：
- CPU 密集型任务会阻塞事件循环
- 无法充分利用多核 CPU 的性能
- 长时间运行的计算会降低应用程序的响应速度
worker_threads 模块解决了这些问题，允许你将计算密集型任务分流到其他线程。
基本概念
主线程 vs 工作线程
- 主线程：应用程序的主要执行线程，负责创建和管理工作线程
- 工作线程：由主线程创建的独立执行线程，用于执行特定任务
线程间通信
工作线程与主线程之间通过消息传递进行通信，而不是共享内存。这种方式避免了复杂的同步问题。
核心 API
worker_threads 模块的主要组件
实例
const {
Worker, // 用于创建新线程的类
isMainThread, // 判断当前是否在主线程
parentPort, // 用于与父线程通信
workerData // 线程创建时传递的数据
} = require('worker_threads');
Worker, // 用于创建新线程的类
isMainThread, // 判断当前是否在主线程
parentPort, // 用于与父线程通信
workerData // 线程创建时传递的数据
} = require('worker_threads');
使用示例
创建一个简单的工作线程
主线程代码 (main.js):
实例
const { Worker, isMainThread } = require('worker_threads');
if (isMainThread) {
// 主线程代码
console.log('这是主线程');
// 创建工作线程
const worker = new Worker('./worker.js', {
workerData: {
message: '你好，工作线程!'
}
});
// 监听工作线程的消息
worker.on('message', (msg) => {
console.log(`从工作线程收到: ${msg}`);
});
worker.on('error', (err) => {
console.error('工作线程错误:', err);
});
worker.on('exit', (code) => {
if (code !== 0) {
console.error(`工作线程异常退出，退出码: ${code}`);
}
});
} else {
// 工作线程代码
require('./worker.js');
}
if (isMainThread) {
// 主线程代码
console.log('这是主线程');
// 创建工作线程
const worker = new Worker('./worker.js', {
workerData: {
message: '你好，工作线程!'
}
});
// 监听工作线程的消息
worker.on('message', (msg) => {
console.log(`从工作线程收到: ${msg}`);
});
worker.on('error', (err) => {
console.error('工作线程错误:', err);
});
worker.on('exit', (code) => {
if (code !== 0) {
console.error(`工作线程异常退出，退出码: ${code}`);
}
});
} else {
// 工作线程代码
require('./worker.js');
}
工作线程代码 (worker.js):
实例
const { parentPort, workerData } = require('worker_threads');
console.log('这是工作线程');
console.log('收到主线程的消息:', workerData.message);
// 模拟一些工作
setTimeout(() => {
// 向主线程发送消息
parentPort.postMessage('工作完成!');
}, 2000);
console.log('这是工作线程');
console.log('收到主线程的消息:', workerData.message);
// 模拟一些工作
setTimeout(() => {
// 向主线程发送消息
parentPort.postMessage('工作完成!');
}, 2000);
高级用法
传递复杂数据
实例
// 主线程
const worker = new Worker('./worker.js', {
workerData: {
array: new Uint8Array([1, 2, 3, 4]),
object: { key: 'value' }
}
});
// 工作线程
console.log(workerData.array); // Uint8Array [ 1, 2, 3, 4 ]
console.log(workerData.object); // { key: 'value' }
const worker = new Worker('./worker.js', {
workerData: {
array: new Uint8Array([1, 2, 3, 4]),
object: { key: 'value' }
}
});
// 工作线程
console.log(workerData.array); // Uint8Array [ 1, 2, 3, 4 ]
console.log(workerData.object); // { key: 'value' }
共享内存 (SharedArrayBuffer)
实例
// 主线程
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(16);
const arr = new Uint8Array(sharedBuffer);
arr[0] = 1;
const worker = new Worker('./worker.js', {
workerData: { sharedBuffer }
});
// 工作线程
const { sharedBuffer } = workerData;
const arr = new Uint8Array(sharedBuffer);
console.log(arr[0]); // 1
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(16);
const arr = new Uint8Array(sharedBuffer);
arr[0] = 1;
const worker = new Worker('./worker.js', {
workerData: { sharedBuffer }
});
// 工作线程
const { sharedBuffer } = workerData;
const arr = new Uint8Array(sharedBuffer);
console.log(arr[0]); // 1
最佳实践
- 合理使用：不要为每个小任务都创建线程，线程创建有开销
- 错误处理：始终监听工作线程的 'error' 和 'exit' 事件
- 资源清理：确保工作线程在完成任务后正确退出
- 通信优化：尽量减少线程间通信的数据量
- CPU 亲和性：对于长时间运行的线程，考虑设置 CPU 亲和性
性能考量
- 线程池：对于频繁的短期任务，考虑使用线程池模式
- 负载均衡：在多核系统上均匀分配工作线程
- 内存使用：每个工作线程有自己的 V8 实例和内存空间
常见问题
什么时候应该使用 worker_threads？
- CPU 密集型计算
- 需要并行处理多个任务
- 需要利用多核 CPU
worker_threads 和 cluster 模块有什么区别？
cluster创建的是多个 Node.js 进程worker_threads创建的是线程，共享同一个进程
如何调试工作线程？
使用 --inspect 和 --inspect-brk 标志，并为每个工作线程分配不同的调试端口。
实例
node --inspect=9229 main.js
总结
Node.js 的 worker_threads 模块为 JavaScript 带来了真正的多线程能力，使开发者能够更好地利用现代多核 CPU 的性能。通过合理使用工作线程，可以显著提高 CPU 密集型应用程序的性能，同时保持 Node.js 的非阻塞 I/O 优势。