Node.js 动态添加子进程占用过多系统资源的问题及优化思路-JavaScript中文网-JavaScript教程资源分享门户

Node.js 在处理一些密集型操作时，会用到子进程来进行并行处理，以提高程序的性能。然而，在动态添加子进程时，有时会出现占用过多系统资源的问题，导致整个系统的性能下降。本文将介绍这个问题的原因，并提供解决方案和优化思路。

问题原因

在 Node.js 中，每个子进程都需要占用一定的系统资源，如内存和 CPU 时间。如果动态添加了过多的子进程，会导致系统资源的短缺，从而影响整个系统的性能。

另外，当一个子进程执行完任务后，如果没有被正确地关闭，它会一直占用系统资源，导致系统随着时间的推移而逐渐变慢。

解决方案

为了解决这个问题，我们需要控制动态添加子进程的数量，并在任务完成后正确关闭该子进程。

限制动态添加子进程的数量

为了避免动态添加过多的子进程，我们可以使用一个队列来限制它们的数量。例如，我们可以将需要处理的任务按顺序加入队列，并纪录当前已经被添加的子进程数量。然后，我们可以在队列中取出一个任务，并将该任务分配给一个空闲的子进程进行处理。

下面是一个示例代码：

// javascriptcn.com 代码示例
const { spawn } = require('child_process');
const queue = [];

// 添加任务到队列
function addTaskToQueue(task) {
  queue.push(task);
  processQueue();
}

// 处理队列中的任务
function processQueue() {
  if (queue.length === 0) {
    return;
  }
  if (getChildProcessCount() >= MAX_CHILD_PROCESS_COUNT) {
    return;
  }
  const task = queue.shift();
  const childProcess = spawn(task.command, task.args);

  // 监听子进程完成事件
  childProcess.on('exit', () => {
    removeChildProcess(childProcess);
    processQueue();
  });

  // 纪录当前已经被添加的子进程数量
  addChildProcess(childProcess);

  // 继续处理队列中的其它任务
  processQueue();
}

// 纪录当前已经被添加的子进程数量
function addChildProcess(childProcess) {
  const id = childProcess.pid;
  childProcesses[id] = childProcess;
}

// 移除已经完成的子进程
function removeChildProcess(childProcess) {
  const id = childProcess.pid;
  delete childProcesses[id];
}

// 获取当前子进程的数量
function getChildProcessCount() {
  return Object.keys(childProcesses).length;
}

在这个示例代码中，我们通过一个 queue 数组来纪录需要处理的任务，并使用 processQueue 函数来处理这些任务。该函数首先判断队列是否为空，如果为空，则退出处理过程。否则，它会继续判断当前已经被添加的子进程数量是否已经达到了最大值，如果是，则等待下一次处理；如果否，则它会取出一个任务并分配给一个空闲的子进程进行处理。

当一个子进程完成任务后，它会触发 exit 事件，并调用 removeChildProcess 函数将该子进程从子进程列表中移除。

正确的关闭子进程

当一个子进程完成任务后，它应该被正确地关闭，以释放系统资源。我们可以通过调用 child_process.kill() 函数来关闭一个子进程，或者使用 child_process.stdin 向它发送一个终止信号。

下面是一个示例代码：

// 假设 childProcess 是一个子进程对象
if (childProcess.connected) {
  childProcess.kill('SIGTERM');
}

在这个示例代码中，我们假设 childProcess 是一个子进程对象，并使用 childProcess.kill() 函数关闭它。请注意，我们需要首先判断 childProcess.connected 属性是否为 true，以确保该子进程仍然在运行中。

另外，我们也可以使用 child_process.stdin 向该子进程发送一个终止信号。例如：

// 假设 childProcess 是一个子进程对象
if (childProcess.stdin.writable) {
  childProcess.stdin.write('\x03');
}

在这个示例代码中，我们使用 childProcess.stdin.write() 函数向该子进程发送了一个 CTRL+C 终止信号。

优化思路

为了进一步提高系统的性能，我们可以采用一些优化策略。

复用子进程

为了避免频繁地创建和销毁子进程，我们可以考虑复用它们。具体来说，我们可以在任务处理完成后不立即关闭子进程，而是将它标记为空闲状态，并将其添加到一个子进程池中。当有新任务需要处理时，我们可以先从子进程池中取出一个空闲的子进程进行处理，而不是创建一个新的子进程。另外，我们可以设置一个超时时间，在子进程空闲时间达到超时时间时，将它关闭并从子进程池中移除。

下面是一个示例代码：

// javascriptcn.com 代码示例
const { fork } = require('child_process');
const pool = []; // 子进程池
const timeout = 10000; // 空闲超时时间

// 处理任务
function processTask(task) {
  // 从池中获取一个空闲的子进程
  const childProcess = pool.find(child => !child.busy);
  if (childProcess) {
    childProcess.busy = true; // 标记为忙碌状态
    childProcess.send(task); // 发送任务到子进程
    return;
  }

  // 如果池中没有空闲的子进程，则创建一个新的子进程
  const newChildProcess = fork(task.scriptPath);
  newChildProcess.busy = true; // 标记为忙碌状态
  newChildProcess.on('message', onChildProcessMessage); // 监听子进程的消息事件

  // 添加到池中
  pool.push(newChildProcess);
}

// 子进程完成任务后调用该函数
function onChildProcessMessage(result) {
  this.busy = false; // 标记为空闲状态
}

// 定期检查空闲子进程超时
function checkIdleChildProcesses() {
  const now = Date.now();
  for (let i = pool.length - 1; i >= 0; i--) {
    const childProcess = pool[i];
    if (!childProcess.busy && now - childProcess.lastUsedTime > timeout) {
      childProcess.kill('SIGTERM');
      pool.splice(i, 1);
    }
  }
}

在该示例代码中，我们使用一个 pool 数组来纪录子进程池，每个子进程对象包含 busy、lastUsedTime 两个属性。busy 属性表示该子进程目前是否在处理任务，lastUsedTime 属性表示子进程上次空闲的时间。当一个子进程完成任务后，并调用 onChildProcessMessage 函数标记为空闲状态。

为了检查空闲子进程的超时，我们可以使用一个计时器，并定期调用 checkIdleChildProcesses 函数。该函数首先获取当前时间 now，然后遍历子进程池中所有的子进程，并判断它们是否为空闲状态以及超时。如果是，则将该子进程从池中移除，并关闭它。

采用进程池

为了进一步提高系统的性能，我们可以考虑采用进程池来缓解子进程的创建和销毁。具体来说，我们可以在系统启动时，提前创建一定数量的子进程，并将它们纪录在一个进程池中。当需要处理任务时，我们可以从进程池中分配一个空闲的子进程进行处理。

下面是一个示例代码：

// javascriptcn.com 代码示例
const { fork } = require('child_process');
const { Worker: ThreadWorker } = require('worker_threads');
const pool = []; // 进程池

// 启动进程池中的进程
function startProcessPool() {
  for (let i = 0; i < POOL_SIZE; i++) {
    const process = fork(PROCESS_FILE_PATH);
    const worker = new ThreadWorker(processPoolWorkerCode, { workerData: process });
    const childProcess = { process, worker, busy: false };
    pool.push(childProcess);
    worker.on('message', onProcessPoolMessage); // 监听进程消息事件
  }
}

// 处理任务
function processTask(task) {
  // 从池中获取一个空闲的子进程
  const childProcess = pool.find(child => !child.busy);
  if (childProcess) {
    childProcess.busy = true; // 标记为忙碌状态
    childProcess.worker.postMessage(task); // 发送任务到子进程
    return;
  }
}

// 进程池工作代码
const processPoolWorkerCode = `
const { workerData } = require('worker_threads');
const { process } = workerData;
process.on('message', async (task) => {
  const result = await processTask(task);
  process.send(result);
});
function processTask(task) {
  // 在这里处理任务
}
`;

// 处理进程池中的进程发送来的消息
function onProcessPoolMessage(result) {
  const childProcess = pool.find(child => child.worker === this);
  childProcess.busy = false; // 标记为空闲状态
}

在该示例代码中，我们使用一个 pool 数组来纪录进程池，每个进程对象包含 process、worker、busy 三个属性。process 属性表示该进程对象的子进程，worker 属性表示该进程对象的工作线程，busy 属性表示该进程目前是否在处理任务。当收到一个任务时，我们从进程池中查找一个空闲的进程，将任务发送到该进程的工作线程进行处理。

另外，需要注意的是，本示例代码演示了如何使用 worker_threads 模块在 Node.js 中创建多线程。在这种情况下，我们将每个子进程绑定到一个工作线程中，以便我们可以在多个线程中并行运行任务。然而，如果您的操作系统不支持多线程，或者您不需要使用多线程来处理任务，您可以直接使用子进程的功能。

总结

本文介绍了 Node.js 动态添加子进程占用过多系统资源的问题及优化思路。我们提供了限制子进程数量、正确关闭子进程、复用子进程、采用进程池等多种解决方案和优化思路。当您需要处理密集型操作时，这些技巧将帮助您提高程序的性能，避免因占用过多系统资源而导致的系统出错和性能下降。

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