深入了解Node.js和Electron是如何做进程通信的-木庄网络博客

本文摘自PHP中文网，作者青灯夜游，侵删。

本篇文章给大家探究一下Node.js 和 Electron 的进程通信原理，介绍一下electron 如何做进程通信、nodejs 的 child_process 和 cluster 如何做进程通信，了解进程通信的本质。

为什么前端要了解进程通信：

前端领域已经不是单纯写在浏览器里跑的页面就可以了，还要会 electron、nodejs 等，而这俩技术都需要掌握进程通信。

nodejs 是 js 的一个运行时，和浏览器不同，它扩展了很多封装操作系统能力的 api，其中就包括进程、线程相关 api，而学习进程 api 就要学习进程之间的通信机制。

electron 是基于 chromium 和 nodejs 的桌面端开发方案，它的架构是一个主进程，多个渲染进程，这两种进程之间也需要通信，要学习 electron 的进程通信机制。【推荐学习：《nodejs 教程》】

这篇文章我们就来深入了解一下进程通信。

本文会讲解以下知识点：

进程是什么
本地进程通信的四种方式
ipc、lpc、rpc 都是什么
electron 如何做进程通信
nodejs 的 child_process 和 cluster 如何做进程通信
进程通信的本质

进程

我们写完的代码要在操作系统之上跑，操作系统为了更好的利用硬件资源，支持了多个程序的并发和硬件资源的分配，分配的单位就是进程，这个进程就是程序的执行过程。比如记录程序执行到哪一步了，申请了哪些硬件资源、占用了什么端口等。

进程包括要执行的代码、代码操作的数据，以及进程控制块 PCB（Processing Control Block），因为程序就是代码在数据集上的执行过程，而执行过程的状态和申请的资源需要记录在一个数据结构（PCB）里。所以进程由代码、数据、PCB 组成。

pcb 中记录着 pid、执行到的代码地址、进程的状态（阻塞、运行、就绪等）以及用于通信的信号量、管道、消息队列等数据结构。

进程从创建到代码不断的执行，到申请硬件资源（内存、硬盘文件、网络等），中间还可能会阻塞，最终执行完会销毁进程。这是一个进程的生命周期。

进程对申请来的资源是独占式的，每个进程都只能访问自己的资源，那进程之间怎么通信呢？

进程通信

不同进程之间因为可用的内存不同，所以要通过一个中间介质通信。

信号量

如果是简单的标记，通过一个数字来表示，放在 PCB 的一个属性里，这叫做信号量，比如锁的实现就可以通过信号量。

这种信号量的思想我们写前端代码也经常用，比如实现节流的时候，也要加一个标记变量。

管道

但是信号量不能传递具体的数据啊，传递具体数据还得用别的方式。比如我们可以通过读写文件的方式来通信，这就是管道，如果是在内存中的文件，叫做匿名管道，没有文件名，如果是真实的硬盘的文件，是有文件名的，叫做命名管道。

文件需要先打开，然后再读和写，之后再关闭，这也是管道的特点。管道是基于文件的思想封装的，之所以叫管道，是因为只能一个进程读、一个进程写，是单向的（半双工）。而且还需要目标进程同步的消费数据，不然就会阻塞住。

这种管道的方式实现起来很简单，就是一个文件读写，但是只能用在两个进程之间通信，只能同步的通信。其实管道的同步通信也挺常见的，就是 stream 的 pipe 方法。

消息队列

管道实现简单，但是同步的通信比较受限制，那如果想做成异步通信呢？加个队列做缓冲（buffer）不就行了，这就是消息队列。

消息队列也是两个进程之间的通信，但是不是基于文件那一套思路，虽然也是单向的，但是有了一定的异步性，可以放很多消息，之后一次性消费。

共享内存

管道、消息队列都是两个进程之间的，如果多个进程之间呢？

我们可以通过申请一段多进程都可以操作的内存，叫做共享内存，用这种方式来通信。各进程都可以向该内存读写数据，效率比较高。

共享内存虽然效率高、也能用于多个进程的通信，但也不全是好处，因为多个进程都可以读写，那么就很容易乱，要自己控制顺序，比如通过进程的信号量（标记变量）来控制。

共享内存适用于多个进程之间的通信，不需要通过中间介质，所以效率更高，但是使用起来也更复杂。

上面说的这些几乎就是本地进程通信的全部方式了，为什么要加个本地呢？

ipc、rpc、lpc

进程通信就是 ipc（Inter-Process Communication），两个进程可能是一台计算机的，也可能网络上的不同计算机的进程，所以进程通信方式分为两种：

本地过程调用 LPC（local procedure call）、远程过程调用 RPC（remote procedure call）。

本地过程调用就是我们上面说的信号量、管道、消息队列、共享内存的通信方式，但是如果是网络上的，那就要通过网络协议来通信了，这个其实我们用的比较多，比如 http、websocket。

所以，当有人提到 ipc 时就是在说进程通信，可以分为本地的和远程的两种来讨论。

远程的都是基于网络协议封装的，而本地的都是基于信号量、管道、消息队列、共享内存封装出来的，比如我们接下来要探讨的 electron 和 nodejs。

electron 进程通信

electron 会先启动主进程，然后通过 BrowserWindow 创建渲染进程，加载 html 页面实现渲染。这两个进程之间的通信是通过 electron 提供的 ipc 的 api。

ipcMain、ipcRenderer

主进程里面通过 ipcMain 的 on 方法监听事件

import { ipcMain } from 'electron';
 
ipcMain.on('异步事件', (event, arg) => {
  event.sender.send('异步事件返回', 'yyy');
})

渲染进程里面通过 ipcRenderer 的 on 方法监听事件，通过 send 发送消息

import { ipcRenderer } from 'electron';
 
ipcRender.on('异步事件返回', function (event, arg) {
  const message = `异步消息: ${arg}`
})
 
ipcRenderer.send('异步事件', 'xxx')

api 使用比较简单，这是经过 c++ 层的封装，然后暴露给 js 的事件形式的 api。

我们可以想一下它是基于哪种机制实现的呢？

很明显有一定的异步性，而且是父子进程之间的通信，所以是消息队列的方式实现的。

remote

除了事件形式的 api 外，electron 还提供了远程方法调用 rmi （remote method invoke）形式的 api。

其实就是对消息的进一步封装，也就是根据传递的消息，调用不同的方法，形式上就像调用本进程的方法一样，但其实是发消息到另一个进程来做的，和 ipcMain、ipcRenderer 的形式本质上一样。

比如在渲染进程里面，通过 remote 来直接调用主进程才有的 BrowserWindow 的 api。

const { BrowserWindow } = require('electron').remote;
 
let win = new BrowserWindow({ width: 800, height: 600 });
win.loadURL('https://github.com');

小结一下，electron 的父子进程通信方式是基于消息队列封装的，封装形式有两种，一种是事件的方式，通过 ipcMain、ipcRenderer 的 api 使用，另一种则是进一步封装成了不同方法的调用（rmi），底层也是基于消息，执行远程方法但是看上去像执行本地方法一样。

nodejs

nodejs 提供了创建进程的 api，有两个模块： child_process 和 cluster。很明显，一个是用于父子进程的创建和通信，一个是用于多个进程。

child_process

child_process 提供了 spawn、exec、execFile、fork 的 api，分别用于不同的进程的创建：

spawn、exec

如果想通过 shell 执行命令，那就用 spawn 或者 exec。因为一般执行命令是需要返回值的，这俩 api 在返回值的方式上有所不同。

spawn 返回的是 stream，通过 data 事件来取，exec 进一步分装成了 buffer，使用起来简单一些，但是可能会超过 maxBuffer。

const { spawn } = require('child_process'); 
 
var app = spawn('node','main.js' {env:{}});
 
app.stderr.on('data',function(data) {
  console.log('Error:',data);
});
 
app.stdout.on('data',function(data) {
  console.log(data);
});

其实 exec 是基于 spwan 封装出来的，简单场景可以用，有的时候要设置下 maxBuffer。

const { exec } = require('child_process'); 
 
exec('find . -type f', { maxBuffer: 1024*1024 }(err, stdout, stderr) => { 
    if (err) { 
        console.error(`exec error: ${err}`); return; 
    }   
    console.log(stdout); 
});

execFile

除了执行命令外，如果要执行可执行文件就用 execFile 的 api：

const { execFile } = require('child_process'); 
 
const child = execFile('node', ['--version'], (error, stdout, stderr) => { 
    if (error) { throw error; } 
    console.log(stdout); 
});