深入理解Node.js 进程与线程(8000字长文彻底搞懂)(4)

cluster内部隐时的构建TCP服务器的方式来说对使用者确实简单和透明了很多，但是这种方式无法像使用child_process那样灵活，因为一直主进程只能管理一组相同的工作进程，而自行通过child_process来创建工作进程，一个主进程可以控制多组进程。原因是child_process操作子进程时，可以隐式的创建多个TCP服务器，对比上面的两幅图应该能理解我说的内容。

Node.js进程通信原理

前面讲解的无论是child_process模块，还是cluster模块，都需要主进程和工作进程之间的通信。通过fork()或者其他API，创建了子进程之后，为了实现父子进程之间的通信，父子进程之间才能通过message和send()传递信息。

IPC这个词我想大家并不陌生，不管那一张开发语言只要提到进程通信，都会提到它。IPC的全称是Inter-Process Communication,即进程间通信。它的目的是为了让不同的进程能够互相访问资源并进行协调工作。实现进程间通信的技术有很多，如命名管道，匿名管道，socket，信号量，共享内存，消息队列等。Node中实现IPC通道是依赖于libuv。windows下由命名管道(name pipe)实现，*nix系统则采用Unix Domain Socket实现。表现在应用层上的进程间通信只有简单的message事件和send()方法，接口十分简洁和消息化。

IPC创建和实现示意图

IPC通信管道是如何创建的

父进程在实际创建子进程之前，会创建IPC通道并监听它，然后才真正的创建出子进程，这个过程中也会通过环境变量(NODE_CHANNEL_FD)告诉子进程这个IPC通道的文件描述符。子进程在启动的过程中，根据文件描述符去连接这个已存在的IPC通道，从而完成父子进程之间的连接。

Node.js句柄传递

讲句柄之前，先想一个问题，send句柄发送的时候，真的是将服务器对象发送给了子进程?

子进程对象send()方法可以发送的句柄类型

• net.Socket TCP套接字
• net.Server TCP服务器，任意建立在TCP服务上的应用层服务都可以享受它带来的好处
• net.Native C++层面的TCP套接字或IPC管道
• dgram.Socket UDP套接字
• dgram.Native C++层面的UDP套接字

send句柄发送原理分析

结合句柄的发送与还原示意图更容易理解。

send()方法在将消息发送到IPC管道前，实际将消息组装成了两个对象，一个参数是hadler，另一个是message。message参数如下所示：

{ 
    cmd:'NODE_HANDLE', 
    type:'net.Server', 
    msg:message 
} 

发送到IPC管道中的实际上是我们要发送的句柄文件描述符。这个message对象在写入到IPC管道时，也会通过JSON.stringfy()进行序列化。所以最终发送到IPC通道中的信息都是字符串，send()方法能发送消息和句柄并不意味着它能发送任何对象。

连接了IPC通道的子线程可以读取父进程发来的消息，将字符串通过JSON.parse()解析还原为对象后，才触发message事件将消息传递给应用层使用。在这个过程中，消息对象还要被进行过滤处理，message.cmd的值如果以NODE_为前缀，它将响应一个内部事件internalMessage，如果message.cmd值为NODE_HANDLE,它将取出message.type值和得到的文件描述符一起还原出一个对应的对象。

以发送的TCP服务器句柄为例，子进程收到消息后的还原过程代码如下:

function(message,handle,emit){ 
    var self = this; 
     
    var server = new net.Server(); 
    server.listen(handler,function(){ 
      emit(server); 
    }); 
} 

这段还原代码，子进程根据message.type创建对应的TCP服务器对象，然后监听到文件描述符上。由于底层细节不被应用层感知，所以子进程中，开发者会有一种服务器对象就是从父进程中直接传递过来的错觉。

Node进程之间只有消息传递，不会真正的传递对象，这种错觉是抽象封装的结果。目前Node只支持我前面提到的几种句柄，并非任意类型的句柄都能在进程之间传递，除非它有完整的发送和还原的过程。

Node.js多进程架构模型

我们自己实现一个多进程架构守护Demo

编写主进程

master.js 主要处理以下逻辑：

• 创建一个 server 并监听 3000 端口。
• 根据系统 cpus 开启多个子进程
• 通过子进程对象的 send 方法发送消息到子进程进行通信
• 在主进程中监听了子进程的变化，如果是自杀信号重新启动一个工作进程。
• 主进程在监听到退出消息的时候，先退出子进程在退出主进程

// master.js 
const fork = require('child_process').fork; 
const cpus = require('os').cpus(); 
 
const server = require('net').createServer(); 
server.listen(3000); 
process.title = 'node-master' 
 
const workers = {}; 
const createWorker = () => { 
    const worker = fork('worker.js') 
    worker.on('message', function (message) { 
        if (message.act === 'suicide') { 
            createWorker(); 
        } 
    }) 
    worker.on('exit', function(code, signal) { 
        console.log('worker process exited, code: %s signal: %s', code, signal); 
        delete workers[worker.pid]; 
    }); 
    worker.send('server', server); 
    workers[worker.pid] = worker; 
    console.log('worker process created, pid: %s ppid: %s', worker.pid, process.pid); 
} 
 
for (let i=0; i<cpus.length; i++) { 
    createWorker(); 
} 
 
process.once('SIGINT', close.bind(this, 'SIGINT')); // kill(2) Ctrl-C 
process.once('SIGQUIT', close.bind(this, 'SIGQUIT')); // kill(3) Ctrl-\ 
process.once('SIGTERM', close.bind(this, 'SIGTERM')); // kill(15) default 
process.once('exit', close.bind(this)); 
 
function close (code) { 
    console.log('进程退出！', code); 
 
    if (code !== 0) { 
        for (let pid in workers) { 
            console.log('master process exited, kill worker pid: ', pid); 
            workers[pid].kill('SIGINT'); 
        } 
    } 
 
    process.exit(0); 
} 

工作进程

（编辑：ASP站长网）