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Node.js + Worker_threads가 멀티스레딩을 구현하는 방법에 대해 이야기해 볼까요? (상해)

青灯夜游앞으로: 2022-02-11 20:07:544128검색

이 글에서는 Worker_threads 모듈을 살펴보고, Node에서 멀티스레딩을 구현하기 위해 Worker_threads를 사용하는 방법을 소개하고, 실용적인 예시로서 Worker_threads를 사용하여 피보나치 수열을 실행하는 방법이 모두에게 도움이 되기를 바랍니다.

일반적으로 Node.jsNode.js被认为是单线程。由主线程去按照编码顺序一步步执行程序代码，一旦遇到同步代码阻塞，主线程就会被占用，后续的程序代码的执行都会被卡住。没错Node.js的单线程指的是主线程是"单线程"。

为了解决单线程带来的问题，本文的主角worker_threads出现了。worker_threads首次在Node.js v10.5.0作为实验性功能出现，需要命令行带上--experimental-worker才能使用。直到v12.11.0稳定版才能正式使用。

本文将会介绍worker_threads的使用方式，以及利用worker_threads执行斐波那契数列作为实践例子。

先决条件

阅读并食用本文，需要先具备：

安装了 Node.js v12.11.0 及以上版本
掌握 JavaScript 同步和异步编程的基础知识
掌握 Node.js 的工作原理

worker_threads 介绍

worker_threads 模块允许使用并行执行 JavaScript 的线程。

工作线程对于执行 CPU 密集型的 JavaScript 操作很有用。它们对 I/O 密集型的工作帮助不大。 Node.js 内置的异步 I/O 操作比工作线程更高效。

与 child_process 或 cluster 不同，worker_threads 可以共享内存。它们通过传输 ArrayBuffer 实例或共享 SharedArrayBuffer 实例来实现。

由于以下特性，worker_threads已被证明是充分利用CPU性能的最佳解决方案：

它们运行具有多个线程的单个进程。
每个线程执行一个事件循环。
每个线程运行单个 JS 引擎实例。
每个线程执行单个 Nodejs 实例。

worker_threads 如何工作

worker_threads通过执行主线程指定的脚本文件来工作。每个线程都在与其他线程隔离的情况下执行。但是，这些线程可以通过消息通道来回传递消息。

主线程使用worker.postMessage()函数使用消息通道，而工作线程使用parentPort.postMessage()函数。

通过官方示例代码加强了解：

const {
  Worker, isMainThread, parentPort, workerData
} = require(&#39;worker_threads&#39;);

if (isMainThread) {
  module.exports = function parseJSAsync(script) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      const worker = new Worker(__filename, {
        workerData: script
      });
      worker.on(&#39;message&#39;, resolve);
      worker.on(&#39;error&#39;, reject);
      worker.on(&#39;exit&#39;, (code) => {
        if (code !== 0)
          reject(new Error(`Worker stopped with exit code ${code}`));
      });
    });
  };
} else {
  const { parse } = require(&#39;some-js-parsing-library&#39;);
  const script = workerData;
  parentPort.postMessage(parse(script));
}

上述代码主线程与工作线程都使用同一份文件作为执行脚本(__filename为当前执行文件路径)，通过isMainThread来区分主线程与工作线程运行时逻辑。当模块对外暴露方法parseJSAsync被调用时候，都将会衍生子工作线程去执行调用parse函数。

worker_threads 具体使用

在本节使用具体例子介绍worker_threads的使用

创建工作线程脚本文件workerExample.js:

const { workerData, parentPort } = require(&#39;worker_threads&#39;)
parentPort.postMessage({ welcome: workerData })

创建主线程脚本文件main.js:

const { Worker } = require(&#39;worker_threads&#39;)

const runWorker = (workerData) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        // 引入 workerExample.js `工作线程`脚本文件
        const worker = new Worker(&#39;./workerExample.js&#39;, { workerData });
        worker.on(&#39;message&#39;, resolve);
        worker.on(&#39;error&#39;, reject);
        worker.on(&#39;exit&#39;, (code) => {
            if (code !== 0)
                reject(new Error(`stopped with  ${code} exit code`));
        })
    })
}

const main = async () => {
    const result = await runWorker(&#39;hello worker threads&#39;)
    console.log(result);
}

main().catch(err => console.error(err))

控制台命令行执行:

node main.js

输出:

{ welcome: &#39;hello worker threads&#39; }

worker_threads 运算斐波那契数列

在本节中，让我们看一下 CPU 密集型示例，生成斐波那契数列。

如果在没有工作线程的情况下完成此任务，则会随着nth期限的增加而阻塞主线程。

创建工作线程脚本文件worker.js

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

parentPort.postMessage(getFibonacciNumber(workerData.num))

function getFibonacciNumber(num) {
    if (num === 0) {
        return 0;
    }
    else if (num === 1) {
        return 1;
    }
    else {
        return getFibonacciNumber(num - 1) + getFibonacciNumber(num - 2);
    }
}

创建主线程脚本文件main.js:

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

let number = 30;

const worker = new Worker("./worker.js", {workerData: {num: number}});

worker.once("message", result => {
    console.log(`${number}th Fibonacci Result: ${result}`);
});

worker.on("error", error => {
    console.log(error);
});

worker.on("exit", exitCode => {
    console.log(`It exited with code ${exitCode}`);
})

console.log("Execution in main thread");

控制台命令行执行:

node main.js

输出:

Execution in main thread
30th Fibonacci Result: 832040
It exited with code 0

在main.js文件中，我们从类的实例创建一个工作线程，Worker는 단일 스레드로 간주됩니다. 메인 스레드는 코딩 순서에 따라 프로그램 코드를 단계별로 실행합니다. 일단 동기화 코드가 차단되면 메인 스레드가 점유되고 이후 프로그램 코드 실행이 중단됩니다. 맞습니다. Node.js의 단일 스레드는 메인 스레드가 "단일 스레드"라는 의미입니다.

싱글 스레드로 인한 문제를 해결하기 위해 이번 글의 주인공 worker_threads가 등장합니다. worker_threads는 Node.js v10.5.0에서 실험적 기능으로 처음 등장했으며 이를 사용하려면 명령줄에 --experimental-worker가 필요합니다. v12.11.0 안정 버전까지는 공식적으로 사용할 수 없습니다.

🎜이 글에서는 worker_threads 사용법과 worker_threads를 사용하여 피보나치 수열 🎜을 실제 예로 들어보겠습니다. 🎜