Node.js中execFile,spawn,exec和fork简介

　　Node.js子流程child_process模块提供四种不同方法执行外部应用：

1. execFile

2. spawn

3. exec

4. fork

所有这些都是异步，调用这些方法会返回一个对象，这对象是ChildProcess类的实例。

1. execFile

用于执行一个外部应用，应用退出后会返回一些可选蚕食和带有缓冲输出的callback。

child_process.execFile(file[, args][, options][, callback])

• 文件<String> 将要执行外部应用的可执行文件的路径或名称
• 参数<Array> 是字符串数组
• 可选 <Object>
  • cwd <String> 子流程当前工作目录
  • env <Object> key-value环境值对
  • encoding <String> (默认: ‘utf8’)
  • timeout <Number> (Default: 0)
  • maxBuffer <Number> 标准输入或输出的大量数据 (in bytes) – 如果超过子流程会被杀死 (Default:200\*1024)
  • killSignal <String> (Default: ‘SIGTERM’)
  • uid <Number> 流程的用户标识符 (See setuid(2).)
  • gid <Number> 流程的群组标识符(See setgid(2).)
• callback <Function> 当流程中断，带有输出的调用
  • error <Error>
  • stdout <String> | <Buffer>
  • stderr <String> | <Buffer>
• Return: <ChildProcess>

当外部应用存在时，Node程序将携带参数"-version"被执行，当外部应用退出时，回调函数被调用，回调函数带有子流程的标准输入输出，来自外部应用的标准输出将被内部缓冲保存。

运行下面代码将打印当前node版本：

const  execFile = require( 'child_process').execFile;

const  child = execFile( 'node', [ '--version'], ( error,  stdout,  stderr) => {

    if ( error) {

        console.error( 'stderr',  stderr);

        throw  error;

    }

    console.log( 'stdout',  stdout);

});

node是如何发现外部应用？它是由PATH环境变量，其中会指定一系列目录，可执行的外部应用驻留在这些目录中，如果外部应该被发现存在，无需该外部应用的绝对路径或相对路径就会被定位。

execFile是当需要执行外部应用并获得输出时使用，我们能使用它运行一个图片处理应用将图片从PNG转为JPG格式，我们只关心其成功与否，当外部应用产生大量数据以及我们需要实时使用这些数据时，execFile就不要使用。

2.spawn

 spawn 方法会在新的流程执行外部应用，返回I/O的一个流接口。

child_process.spawn(command[, args][, options])

使用案例:

const  spawn = require( 'child_process').spawn;

const  fs = require( 'fs');

function  resize( req,  resp) {

    const  args = [

        "-",  // use stdin 

        "-resize",  "640x",  // resize width to 640 

        "-resize",  "x360<",  // resize height if it's smaller than 360 

        "-gravity",  "center",  // sets the offset to the center 

        "-crop",  "640x360+0+0",  // crop 

        "-"  // output to stdout 

    ];

    const  streamIn = fs.createReadStream( './path/to/an/image');

    const  proc = spawn( 'convert',  args);

    streamIn.pipe( proc.stdin);

    proc.stdout.pipe( resp);

}

上面是一个express.js控制器函数中代码，我们使用流从一个图片文件读取，然后使用spawn方法生成convert程序，我们使用图片流喂给ChildProcess proc，只要这个proc对象产生数据，我们写入数据到一个可写的流中，用户无需等待整个图片转换完毕就能立即看见图片。

spawn返回一个对象流，对于输出大量数据然后需要读取的应用适合，因为是基于流，所有流好处有：

• 低内存损耗
• 自动处理后压back-pressure
• 在缓冲块中懒生产或消费数据
• 基于事件且非堵塞
• 缓冲可以让你超过V8 heap内存限制

3.exec

这个方法将会生成一个子shell，能够在shell中执行命令，并缓冲产生的数据，当子流程完成后回调函数将会被调用，可带有：

• 当命令成功执行，缓冲的数据
• 当命令失败，错误信息

child_process.exec(command[, options][, callback])

与execFile 和 spawn相比，exec并没有参数，因为exec允许我们在shell中执行多个命令，当使用exec时，我们如果需要传输参数到命令行，它们应该作为整个命令字符串的一部分。

下面代码将会输出当前目录下所有递归条目：

const  exec = require( 'child_process').exec;

exec( 'for i in $( ls -LR ); do echo item: $i; done', ( e,  stdout,  stderr)=> {

    if ( e  instanceof Error) {

        console.error( e);

        throw  e;

    }

    console.log( 'stdout ',  stdout);

    console.log( 'stderr ',  stderr);

});

当在一个shell中运行命令，我们能实现在shell中所有功能，比如管道 重定向：

const  exec = require( 'child_process').exec;

exec( 'netstat -aon | find "9000"', ( e,  stdout,  stderr)=> {

    if ( e  instanceof Error) {

        console.error( e);

        throw  e;

    }

    console.log( 'stdout ',  stdout);

    console.log( 'stderr ',  stderr);

});

上面案例中，node会生成一个子shell，并执行命令： netstat -aon | find “9000”

exec只有需要利用shell功能时才能使用。

4.fork

child_process.fork()方法是child_process.spawn()特殊情况，子流程返回一个ChildProcess对象，这个ChildProcess会有附加通讯通道，允许消息在父子之间来回穿梭。fork方法会打开一个IPC通道，允许Node流程之间传递消息：

• 如在子流程, process.on(‘message’) 和 process.send(‘message to parent’) 能被用来接受和发送数据
• 入在父流程, 使用child.on(‘message’) 和 child.send(‘message to child’) 

每个流程都有自己的内存，都有它们自己的V8实例，启动至少30毫秒，每个大小是10mb

//parent.js 

const  cp = require( 'child_process');

const  n = cp.fork( `${ __dirname }/sub.js`);

n.on( 'message', ( m) => {

  console.log( 'PARENT got message:',  m);

});

n.send({ hello:  'world' });

//sub.js 

process.on( 'message', ( m) => {

  console.log( 'CHILD got message:',  m);

});

process.send({ foo:  'bar' });

因为Node主流程是单线程的，长期运行任务如计算等会堵塞主流程，因此，进来的请求不能被处理，应用变得不可响应，将这些长期运行任务放入主流程之外运行，fork一个新的node流程专门处理，这样主流程能够进行处理进来的请求保持可响应性。

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