在 Node.js 中使用 worker_threads 实现多线程

在 Node.js 中使用 worker_threads 实现多线程第1张

Node.js 是一个单线程、事件驱动的 JavaScript 运行环境。然而，随着硬件发展，多核 CPU 成为常态，

而单线程限制了 Node.js 在某些计算密集型任务上的性能表现。为了克服这个限制，

Node.js 引入了 worker_threads 模块，允许开发者创建和操作多线程。在本文中，我们将深入了解 worker_threads 的工作原理，并提供一些具体的使用案例。

worker_threads 模块是 Node.js 提供的一个用于实现多线程的模块。它允许在 Node.js 环境中创建和操作多线程，

以处理一些计算密集型或并行任务，提高应用程序的性能。

该模块引入了 Worker 线程的概念，每个 Worker 线程运行在独立的 JavaScript 上下文中，并与主线程之间可以进行通信。

worker_threads 是如何工作的？

worker_threads 模块允许在 Node.js 中创建和操作工作线程，这些线程可以执行独立的 JavaScript 代码。

每个工作线程都有自己的全局作用域，可以执行异步任务而不会阻塞主线程。

以下是 worker_threads 的一些基本概念：

Worker 线程：工作线程是独立的 JavaScript 上下文，运行在自己的 V8 实例中，有自己的全局对象。它们可以执行 JavaScript 代码并与主线程进行通信。

主线程：主线程是 Node.js 进程的主要部分，负责执行主要的应用程序代码。它可以创建和控制工作线程，并与它们进行通信。

通信：主线程和工作线程之间可以通过事件、共享缓冲区等方式进行通信。这使得它们可以在执行独立任务的同时交换信息。

具体使用 worker_threads

创建 Worker 线程

要使用 worker_threads 模块，我们首先需要引入相关的模块和对象。

// main.js
const { Worker, isMainThread } = require('worker_threads');

然后，我们可以通过 Worker 构造函数创建一个 Worker 线程。

if (isMainThread) {
  // 在主线程中执行的逻辑
  const worker = new Worker('./worker.js');
} else {
  // 在 Worker 线程中执行的逻辑
}

主线程与 Worker 线程通信

主线程和 Worker 线程之间可以通过监听消息的方式进行通信。在主线程中，我们可以通过 worker.postMessage()

向 Worker 线程发送消息。

// main.js
const worker = new Worker('./worker.js');
worker.on('message', (message) => {
  console.log('Main thread received message:', message);
});
worker.postMessage('Hello from main thread!');

而在 Worker 线程中，我们可以通过 parentPort.on('message', ...) 监听消息。

// worker.js
const { parentPort } = require('worker_threads');
parentPort.on('message', (message) => {
  console.log('Worker thread received message:', message);
  // 执行任务...
  // 向主线程发送消息
  parentPort.postMessage('Hello from worker thread!');
});

共享数据

worker_threads 还提供了一种在主线程和 Worker 线程之间共享数据的方式。可以使用 SharedArrayBuffer 或

Atomics 模块来实现共享数据。

// main.js
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4);
const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);
const worker = new Worker('./worker.js', { workerData: sharedBuffer });
worker.on('message', () => {
  console.log('Main thread received updated data:', sharedArray[0]);
});

// worker.js
const { parentPort, workerData } = require('worker_threads');
const sharedArray = new Int32Array(workerData);
// 执行 Worker 线程的任务...
sharedArray[0] = 42;
// 向主线程发送消息
parentPort.postMessage('Data updated in worker thread!');

实践例子：并行计算斐波那契数列

为了演示 worker_threads 的实际应用，我们将创建一个简单的例子，用于并行计算斐波那契数列。

// main.js
const { Worker, isMainThread } = require('worker_threads');
if (isMainThread) {
  const worker = new Worker('./fibonacciWorker.js');
  worker.on('message', (result) => {
    console.log('Main thread received result:', result);
  });
  worker.postMessage(40); // 计算斐波那契数列的第 40 项
} else {
  const { parentPort } = require('worker_threads');
  parentPort.on('message', (n) => {
    const result = calculateFibonacci(n);
    parentPort.postMessage(result);
  });
  function calculateFibonacci(n) {
    if (n <= 1) return n;
    return calculateFibonacci(n - 1) + calculateFibonacci(n - 2);
  }
}