Node.js 官方提供了 Cluster 和 Child process 创建子进程，通过 Worker threads 模块创建子线程。但前者无法共享内存，通信必须使用 JSON 格式，有一定的局限性和性能问题。后者更轻量，并且可以共享内存，通过传输 ArrayBuffer 实例或共享 SharedArrayBuffer 实例来做到这一点，即数据格式没有太多要求。但是要注意，数据中不能包含函数。
Worker threads 从 Node V12 开始成为正式标准，其对于执行 CPU 密集型的操作很有用，而对 I/O 密集型工作没有多大帮助。 Node.js 内置的异步 I/O 操作要比它效率更高。注意，Worker threads 是基于 Node.js 架构的多工作线程，如下图所示。在每个工作线程中，都会包含 V8 和 libuv，即都包含Event Loop。
一、线程池
创建、执行、销毁一个 Worker 的开销是很大的，所以需要实现一个线程池（Worker Pool），在初始化时创建有限数量的 Worker 并加载单一的 worker.js，主线程和 Worker 可进行进程间通信，当所有任务完成后，这些 Worker 将会被统一销毁。
在 Worker 中通过 parentPort.postMessage() 向主线程发送消息，而在主线程中可以通过 worker.on('message') 接收发送过来的消息，worker 是一个 Worker 实例，例如 new Worker(filePath)。
下面是一个官方示例，isMainThread 可判断当前是否是主线程，workerData 是传递给 Worker 的数据。
const { Worker, isMainThread, parentPort, workerData } = require('worker_threads'); if (isMainThread) { module.exports = function parseJSAsync(script) { return new Promise((resolve, reject) => { const worker = new Worker(__filename, { workerData: script }); worker.on('message', resolve); worker.on('error', reject); worker.on('exit', (code) => { if (code !== 0) reject(new Error(`Worker stopped with exit code ${code}`)); }); }); }; } else { const script = workerData; parentPort.postMessage(script); }
下面是一个线程池示例，参考自《worker_threads 初体验》一文，做了微调，具体在此不在赘述，可阅读原文或注释。
// 获取当前设备的 CPU 线程数目，作为 numberOfThreads 的默认值。 const { length: cpusLength } = require('os').cpus(); const { Worker } = require('worker_threads'); class WorkerPool { constructor(workerPath, options = {}, numberOfThreads = cpusLength) { if (numberOfThreads < 1) { throw new Error('Number of threads should be greater or equal than 1!'); } this.workerPath = workerPath; this.numberOfThreads = numberOfThreads; // 任务队列 this._queue = []; // Worker 索引 this._workersById = {}; // Worker 激活状态索引 this._activeWorkersById = {}; // 创建 Workers for (let i = 0; i < this.numberOfThreads; i++) { const worker = new Worker(workerPath, options); this._workersById[i] = worker; // 将这些 Worker 设置为未激活状态 this._activeWorkersById[i] = false; } } /** * 检查空闲的 Worker */ getInactiveWorkerId() { for (let i = 0; i < this.numberOfThreads; i++) { if (!this._activeWorkersById[i]) return i; } return -1; } /** * 调用 Worker 执行，目的是在指定的 Worker 里执行指定的任务 */ runWorker(workerId, taskObj) { const worker = this._workersById[workerId]; // 当任务执行完毕后执行 const doAfterTaskIsFinished = () => { // 去除所有的 Listener，不然一次次添加不同的 Listener 会内存溢出（OOM） worker.removeAllListeners('message'); worker.removeAllListeners('error'); // 将这个 Worker 设为未激活状态 this._activeWorkersById[workerId] = false; if (this._queue.length) { // 任务队列非空，使用该 Worker 执行任务队列中第一个任务 this.runWorker(workerId, this._queue.shift()); } }; // 将这个 Worker 设置为激活状态 this._activeWorkersById[workerId] = true; // 设置两个回调，用于 Worker 的监听器 const messageCallback = result => { taskObj.cb(null, result); doAfterTaskIsFinished(); }; const errorCallback = error => { taskObj.cb(error); doAfterTaskIsFinished(); }; // 为 Worker 添加 'message' 和 'error' 两个 Listener worker.once('message', messageCallback); worker.once('error', errorCallback); // 将数据传给 Worker 供其获取和执行 worker.postMessage(taskObj.data); } /** * 运行线程 */ run(data) { // Promise 是个好东西 return new Promise((resolve, reject) => { // 调用 getInactiveWorkerId() 获取一个空闲的 Worker const availableWorkerId = this.getInactiveWorkerId(); const taskObj = { data, cb: (error, result) => { // 虽然 Workers 需要使用 Listener 和 Callback，但这不能阻止我们使用 Promise，对吧？ // 不，你不能 util.promisify(taskObj) 。人不能，至少不应该。 if (error) reject(error); return resolve(result); } }; if (availableWorkerId === -1) { // 当前没有空闲的 Workers 了，把任务丢进队列里，这样一旦有 Workers 空闲时就会开始执行。 this._queue.push(taskObj); return null; } // 有一个空闲的 Worker，用它执行任务 this.runWorker(availableWorkerId, taskObj); }) } /** * 销毁 */ destroy(force = false) { for (let i = 0; i < this.numberOfThreads; i++) { if (this._activeWorkersById[i] && !force) { // 通常情况下，不应该在还有 Worker 在执行的时候就销毁它，这一定是什么地方出了问题，所以还是抛个 Error 比较好 // 不过保留一个 force 参数，总有人用得到的 throw new Error(`The worker ${i} is still runing!`); } // 销毁这个 Worker this._workersById[i].terminate(); } } } module.exports = WorkerPool;
二、实践
之所以需要多线程，是为了解决一个优化需求。就是有一个接口，里面有很多查询数据库（MySQL和MongoDB）的操作，单条语句并不会慢，但累加后整体的响应速度就会变慢，那么就想通过多线程，同时处理一些查询语句，然后整合结果。
先对线程池做最简单的处理，创建 worker.js，接收 userId。
const { isMainThread, parentPort } = require('worker_threads'); // 不是主线程时执行 if (!isMainThread) { parentPort.on('message', async ({userId }) => { console.log('postMessage', userId); parentPort.postMessage(userId); }); }
然后初始化线程池，将数组中的 userId 传递给 Worker，pool.run({ userId: item })。
const WorkerPool = require('./workerPool'); const { join } = require('path'); async function workerMain(services) { const workerPath = join(__dirname + '/worker.js'); // 初始化一个 Worker Pool const pool = new WorkerPool(workerPath); Promise.all([4,12,13,15].map(async item => { await pool.run({ userId: item }); })).then(json => { // 销毁线程池 pool.destroy(); }); }
输出顺序没有按照数组的顺序，并且每次的输出顺序还都是不同的，由此可知，代码是并发运行的。
postMessage 12 postMessage 4 postMessage 15 postMessage 13
那么接下来就引入数据库查询的代码，公司项目基于 sequelize.js 封装了增删改查的逻辑，通过 services 变量可以调用相关的操作。在主线程中，计划将 services 传递到 Worker 中。
async function workerMain(services) { // Worker Threads 不能共享实例以及带函数的对象 const workerPath = join(__dirname + '/worker.js', { workerData: services }); // 初始化一个 Worker Pool const pool = new WorkerPool(workerPath); // 省略代码...... }
然而报错了，大致是下面这个意思，无法克隆，因为对象中包含函数，就会引发错误。
node:internal/worker:349 ReflectApply(this[kPublicPort].postMessage, this[kPublicPort], args); could not be cloned.
想以通信的方式实现数据库的并发查询，目前看来不能完成。
其实可以在 worker.js 中单独引入 services， 不过由于我们在脚本文件中采用了 import 语法，因此在执行时会报错，SyntaxError: Cannot use import statement outside a module。
const { isMainThread, parentPort, workerData } = require('worker_threads'); const services = require('../services'); // 不是主线程时执行 if (!isMainThread) { // 省略代码...... }
还有一种解决方案，其成本就比较高，就是单独再实现一套服务层，也就是说再封装一层符合Node.js 模块化语法的数据库操作集合。
