深入理解Node.js的程式與子程式

程式：process模組

process 模組是 nodejs 提供給開發者用來和當前程式互動的工具，它的提供了很多實用的 API。從文件出發，管中窺豹，進一步認識和學習 process 模組：

如何處理命令引數？
如何處理工作目錄？
如何處理異常？
如何處理程式退出？
process 的標準流物件
深入理解 process.nextTick

如何處理命令引數？

命令列引數指的是 2 個方面：

傳給 node 的引數。例如 node --harmony script.js --version 中，--harmony 就是傳給 node 的引數
傳給程式的引數。例如 node script.js --version --help 中，--version --help 就是傳給程式的引數

它們分別透過 process.argv 和 process.execArgv 來獲得。

如何處理工作目錄？

透過process.cwd()可以獲取當前的工作目錄。

透過process.chdir(directory)可以切換當前的工作目錄，失敗後會丟擲異常。實踐如下：

function safeChdir(dir) {
    try {
        process.chdir(dir);
        return true;
    } catch (error) {
        return false;
    }
}

如何處理異常？

uncaughtException 事件

Nodejs 可以透過 try-catch 來捕獲異常。如果異常未捕獲，則會一直從底向事件迴圈冒泡。如是冒泡到事件迴圈的異常沒被處理，那麼就會導致當前程式異常退出。

根據文件，可以透過監聽 process 的 uncaughtException 事件，來處理未捕獲的異常：

process.on("uncaughtException", (err, origin) => {
    console.log(err.message);
});

const a = 1 / b;
console.log("abc"); // 不會執行

上面的程式碼，控制檯的輸出是：b is not defined。捕獲了錯誤資訊，並且程式以0退出。開發者可以在 uncaughtException 事件中，清除一些已經分配的資源（檔案描述符、控制程式碼等），不推薦在其中重啟程式。

unhandledRejection 事件

如果一個 Promise 回撥的異常沒有被.catch()捕獲，那麼就會觸發 process 的 unhandledRejection 事件：

process.on("unhandledRejection", (err, promise) => {
    console.log(err.message);
});

Promise.reject(new Error("錯誤資訊")); // 未被catch捕獲的異常，交由unhandledRejection事件處理

warning 事件

告警不是 Node.js 和 Javascript 錯誤處理流程的正式組成部分。一旦探測到可能導致應用效能問題，缺陷或安全隱患相關的程式碼實踐，Node.js 就可發出告警。

比如前一段程式碼中，如果出現未被捕獲的 promise 回撥的異常，那麼就會觸發 warning 事件。

如何處理程式退出？

process.exit() vs process.exitCode

一個 nodejs 程式，可以透過 process.exit() 來指定退出程式碼，直接退出。不推薦直接使用 process.exit()，這會導致事件迴圈中的任務直接不被處理，以及可能導致資料的截斷和丟失（例如 stdout 的寫入）。

setTimeout(() => {
    console.log("我不會執行");
});

process.exit(0);

正確安全的處理是，設定 process.exitCode，並允許程式自然退出。

setTimeout(() => {
    console.log("我不會執行");
});

process.exitCode = 1;

beforeExit 事件

用於處理程式退出的事件有：beforeExit 事件和 exit 事件。

當 Node.js 清空其事件迴圈並且沒有其他工作要安排時，會觸發 beforeExit 事件。例如在退出前需要一些非同步操作，那麼可以寫在 beforeExit 事件中：

let hasSend = false;
process.on("beforeExit", () => {
    if (hasSend) return; // 避免死迴圈

    setTimeout(() => {
        console.log("mock send data to serve");
        hasSend = true;
    }, 500);
});

console.log(".......");
// 輸出：
// .......
// mock send data to serve

注意：在 beforeExit 事件中如果是非同步任務，那麼又會被新增到任務佇列。此時，任務佇列完成所有任務後，又回觸發 beforeExit 事件。因此，不處理的話，可能出現死迴圈的情況。如果是顯式呼叫 exit()，那麼不會觸發此事件。

exit 事件

在 exit 事件中，只能執行同步操作。在呼叫 'exit' 事件監聽器之後，Node.js 程式將立即退出，從而導致在事件迴圈中仍排隊的任何其他工作被放棄。參考nodejs進階影片講解：進入學習

process 的標準流物件

process 提供了 3 個標準流。需要注意的是，它們有些在某些時候是同步阻塞的（請見文件）。

process.stderr：WriteStream 型別，console.error的底層實現，預設對應螢幕
process.stdout：WriteStream 型別，console.log的底層實現，預設對應螢幕
process.stdin：ReadStream 型別，預設對應鍵盤輸入

下面是基於“生產者-消費者模型”的讀取控制檯輸入並且及時輸出的程式碼：

process.stdin.setEncoding("utf8");

process.stdin.on("readable", () => {
    let chunk;
    while ((chunk = process.stdin.read()) !== null) {
        process.stdout.write(`>>> ${chunk}`);
    }
});

process.stdin.on("end", () => {
    process.stdout.write("結束");
});

關於事件的含義，還是請看stream 的文件。

深入理解 process.nextTick

我第一次看到 process.nextTick 的時候是比較懵的，看文件可以知道，它的用途是：把回撥函式作為微任務，放入事件迴圈的任務佇列中。但這麼做的意義是什麼呢？

因為 nodejs 並不適合計算密集型的應用，一個程式就一個執行緒，在當下時間點上，就一個事件在執行。那麼，如果我們的事件佔用了很多 cpu 時間，那麼之後的事件就要等待非常久。所以，nodejs 的一個程式設計原則是儘量縮短每一個事件的執行事件。process.nextTick 的作用就在這，將一個大的任務分解成多個小的任務。示例程式碼如下：

// 被拆分成2個函式執行
function BigThing() {
    doPartThing();

    process.nextTick(() => finishThing());
}

在事件迴圈中，何時執行 nextTick 註冊的任務呢？請看下面的程式碼：

setTimeout(function() {
    console.log("第一個1秒");
    process.nextTick(function() {
        console.log("第一個1秒：nextTick");
    });
}, 1000);

setTimeout(function() {
    console.log("第2個1秒");
}, 1000);

console.log("我要輸出1");

process.nextTick(function() {
    console.log("nextTick");
});

console.log("我要輸出2");

輸出的結果如下，nextTick 是早於 setTimeout：

我要輸出1
我要輸出2
nextTick
第一個1秒
第一個1秒：nextTick
第2個1秒

在瀏覽器端，nextTick 會退化成 setTimeout(callback, 0)。但在 nodejs 中請使用 nextTick 而不是 setTimeout，前者效率更高，並且嚴格來說，兩者建立的事件在任務佇列中順序並不一樣（請看前面的程式碼）。

子程式：child_process模組

掌握 nodejs 的 child_process 模組能夠極大提高 nodejs 的開發能力，例如主從程式來最佳化 CPU 計算的問題，多程式開發等等。本文從以下幾個方面介紹 child_process 模組的使用：

建立子程式
父子程式通訊
獨立子程式
程式管道

建立子程式

nodejs 的 child_process 模組建立子程式的方法：spawn, fork, exec, execFile。它們的關係如下：

fork, exec, execFile 都是透過 spawn 來實現的。
exec 預設會建立 shell。execFile 預設不會建立 shell，意味著不能使用 I/O 重定向、file glob，但效率更高。
spawn、exec、execFile 都有同步版本，可能會造成程式阻塞。

child_process.spawn()的使用：

const { spawn } = require("child_process");
// 返回ChildProcess物件，預設情況下其上的stdio不為null
const ls = spawn("ls", ["-lh"]);

ls.stdout.on("data", data => {
    console.log(`stdout: ${data}`);
});

ls.stderr.on("data", data => {
    console.error(`stderr: ${data}`);
});

ls.on("close", code => {
    console.log(`子程式退出，退出碼 ${code}`);
});

child_process.exec()的使用：

const { exec } = require("child_process");
// 透過回撥函式來操作stdio
exec("ls -lh", (err, stdout, stderr) => {
    if (err) {
        console.error(`執行的錯誤: ${err}`);
        return;
    }
    console.log(`stdout: ${stdout}`);
    console.error(`stderr: ${stderr}`);
});

父子程式通訊

fork()返回的 ChildProcess 物件，監聽其上的 message 事件，來接受子程式訊息；呼叫 send 方法，來實現 IPC。

parent.js 程式碼如下：

const { fork } = require("child_process");
const cp = fork("./sub.js");
cp.on("message", msg => {
    console.log("父程式收到訊息：", msg);
});
cp.send("我是父程式");

sub.js 程式碼如下：

process.on("message", m => {
    console.log("子程式收到訊息：", m);
});

process.send("我是子程式");

執行後結果：

父程式收到訊息： 我是子程式
子程式收到訊息： 我是父程式

獨立子程式

在正常情況下，父程式一定會等待子程式退出後，才退出。如果想讓父程式先退出，不受到子程式的影響，那麼應該：

呼叫 ChildProcess 物件上的unref()
options.detached 設定為 true
子程式的 stdio 不能是連線到父程式

main.js 程式碼如下：

const { spawn } = require("child_process");
const subprocess = spawn(process.argv0, ["sub.js"], {
    detached: true,
    stdio: "ignore"
});

subprocess.unref();