Node.js 中 child_process 模块教程

简介

Node.js 的 child_process 模块提供了在 Node.js 应用程序中创建和管理子进程的能力。这个功能对于执行系统命令、运行外部程序、以及充分利用多核 CPU 资源都非常有用。

主要方法

1. spawn()

spawn() 方法用于启动一个新进程来执行命令。它是异步的，适合处理大量数据的场景。

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const { spawn } = require('child_process');

// 执行 ls 命令
const ls = spawn('ls', ['-l']);

// 处理输出
ls.stdout.on('data', (data) => {
  console.log(`输出：${data}`);
});

// 处理错误
ls.stderr.on('data', (data) => {
  console.error(`错误：${data}`);
});

// 进程结束
ls.on('close', (code) => {
  console.log(`子进程退出码：${code}`);
});

2. exec()

exec() 方法会创建一个 shell 来执行命令，并缓冲产生的输出。适合执行简单的命令。

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const { exec } = require('child_process');

exec('ls -l', (error, stdout, stderr) => {
  if (error) {
    console.error(`执行出错: ${error}`);
    return;
  }
  console.log(`stdout: ${stdout}`);
  console.error(`stderr: ${stderr}`);
});

3. execFile()

execFile() 直接执行一个可执行文件，不创建 shell。这使得它比 exec() 更高效。

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const { execFile } = require('child_process');

execFile('node', ['--version'], (error, stdout, stderr) => {
  if (error) {
    console.error(`执行出错: ${error}`);
    return;
  }
  console.log(`Node 版本: ${stdout}`);
});

4. fork()

fork() 是 spawn() 的特殊形式，专门用于创建 Node.js 进程。它会自动建立与子进程的 IPC 通道。

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const { fork } = require('child_process');

// 启动子进程
const child = fork('child.js');

// 向子进程发送消息
child.send({ hello: 'world' });

// 接收子进程消息
child.on('message', (message) => {
  console.log('收到子进程消息:', message);
});

进程间通信（IPC）

父进程和子进程之间可以通过 IPC 通道进行通信：

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// 父进程 (parent.js)
const { fork } = require('child_process');
const child = fork('child.js');

child.send({ type: 'greeting', data: 'Hello from parent' });
child.on('message', (message) => {
  console.log('Parent received:', message);
});

// 子进程 (child.js)
process.on('message', (message) => {
  console.log('Child received:', message);
  process.send({ type: 'response', data: 'Hello from child' });
});

错误处理和进程管理

错误处理

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const child = spawn('nonexistent-command');

child.on('error', (error) => {
  console.error('Failed to start child process:', error);
});

child.stderr.on('data', (data) => {
  console.error(`子进程错误输出：${data}`);
});

进程终止

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const child = spawn('long-running-process');

// 优雅地终止进程
child.kill('SIGTERM');

// 确保进程被终止
child.on('exit', (code, signal) => {
  console.log(`进程退出，退出码：${code}，信号：${signal}`);
});

最佳实践

选择合适的方法：
- 使用 spawn() 处理大量数据
- 使用 exec() 执行简单命令
- 使用 execFile() 执行文件
- 使用 fork() 运行 Node.js 模块

资源管理：

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const child = spawn('some-process');

// 设置超时
const timeout = setTimeout(() => {
  child.kill();
}, 5000);

child.on('exit', () => {
  clearTimeout(timeout);
});

错误处理：

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const child = spawn('command');

child.on('error', handleError);
child.stdout.on('error', handleError);
child.stderr.on('error', handleError);

function handleError(err) {
  console.error('Error:', err);
  child.kill();
}

进阶特性

1. 环境变量设置

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const child = spawn('node', ['script.js'], {
  env: { ...process.env, NODE_ENV: 'production' }
});

2. 工作目录设置

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const child = spawn('command', [], {
  cwd: '/custom/working/directory'
});

3. 管道和流

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const { spawn } = require('child_process');
const fs = require('fs');

const child = spawn('grep', ['pattern']);
const inputFile = fs.createReadStream('input.txt');
const outputFile = fs.createWriteStream('output.txt');

inputFile.pipe(child.stdin);
child.stdout.pipe(outputFile);

调试和监控

1. 状态监控

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const child = spawn('long-process');

child.on('spawn', () => {
  console.log('进程已启动');
});

child.on('disconnect', () => {
  console.log('IPC 通道已断开');
});

child.on('exit', (code, signal) => {
  console.log(`进程已退出：code ${code}, signal ${signal}`);
});

2. 性能监控

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const child = spawn('process');

const startTime = Date.now();
let bytesProcessed = 0;

child.stdout.on('data', (data) => {
  bytesProcessed += data.length;
});

child.on('exit', () => {
  const duration = Date.now() - startTime;
  console.log(`处理了 ${bytesProcessed} 字节，用时 ${duration}ms`);
});

注意事项

始终处理错误事件
注意设置适当的超时机制
合理管理子进程资源
避免启动过多子进程
谨慎处理用户输入
注意跨平台兼容性

安全考虑

输入验证：

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const userInput = '...'; // 用户输入
if (!/^[a-zA-Z0-9_-]+$/.test(userInput)) {
  throw new Error('Invalid input');
}

权限控制：

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const child = spawn('command', [], {
  uid: nonRootUser,
  gid: nonRootGroup
});