Child process trong Node.js là gì? – Khi nào cần sử dụng fork và spawn?

967

Bài viết được sự cho phép của tác giả Tống Xuân Hoài

Vấn đề

Có một lời khuyên mà chắc hẳn ai làm việc với Node.js đều phải thuộc lòng đó là “đừng bao giờ chặn vòng lặp sự kiện”. Chặn ở đây có nghĩa là không để cho Event Loop được thực thi chức năng vốn có của nó. Node.js chỉ có một luồng để xử lý mã JavaScript, nếu một công việc chiếm tương đối thời gian để xử lý thì nó sẽ gây ra một cuộc tắc nghẽn nghiêm trọng trong luồng chính. Hay nói cách khác, tất cả cuộc gọi API có thể sẽ không bao giờ được phản hồi cho đến khi công việc đó xong.

Biết được vấn đề, tất nhiên Node.js phải cung cấp cho chúng ta một số cách để giải quyết. Thay vì gọi những hàm đồng bộ thì hãy chuyển qua gọi hàm bất đồng bộ, ví dụ như cùng là đọc file nhưng readFile sẽ được khuyên dùng hơn readFileSync bởi vì readFile là hàm bất đồng bộ. Ngoài ra, nếu công việc đòi hỏi khả năng tính toán cao của CPU như xử lý hình ảnh, video… thì có một giải pháp khác là sử dụng module child_process được tích hợp trong Node.

Có thể nói child_process là giải pháp sớm nhất mà Node.js đưa ra, sau này chúng ta có thêm module worker_threads cũng có khả năng giải quyết được vấn đề chặn vòng lặp sự kiện. Tôi đã có một bài về Worker threads là gì? Bạn đã biết khi nào thì sử dụng Worker threads trong node.js chưa?, bạn đọc có thể tham khảo thêm về khái niệm cũng như cách dùng nó. Nhưng trong phạm vi bài viết này, chúng ta hãy tạm quên đi Worker threads và tập trung vào xem Child process là gì và nó được sử dụng như thế nào nhé.

  Kỹ thuật debug ứng dụng viết bằng Node.js hiệu quả

  Một số cách để viết mã dễ đọc hơn trong JavaScript/Node.js

Child process là gì?

Child process là một module của Node.js cho phép tạo ra các tiến trình con (process) độc lập để thực hiện các tác vụ cụ thể. Nó cho phép Node.js chạy nhiều tác vụ đồng thời và tận dụng tối đa sức mạnh của máy chủ. Khi tạo ra một child process, nó sẽ chạy độc lập với parent process (tiến trình cha) và có thể giao tiếp với cha qua luồng (stream), các sự kiện (event)… Các child process được tạo ra có tài nguyên độc lập, giúp giảm thiểu tác động đến các tiến trình khác khi xử lý tác vụ nặng hoặc chẳng may bị lỗi.

Cho dễ hình dung, một ứng dụng Node.js khi khởi động thì nó là một process với một bộ V8 Engine được tạo ra. Để ngăn vòng lặp sự kiện bị chặn, cách tốt nhất là tạo ra một tiến trình khác để xử lý. Khi đó, nó có thể chạy độc lập với tiến trình cha, xử lý rồi trả lại kết quả cho tiến trình cha thông qua một kênh giao tiếp như đã kể đến ở bên trên.

Tùy thuộc vào cách child process được tạo ra mà nó có cách thực hiện nhiệm vụ khác nhau. Có hai cách phổ biến để tạo ra child process là spawn và fork. Trong khi fork cố gắng tạo ra một “bản sao” của process cha, có nghĩa là “clone” ra một V8 Engine để xử lý tác vụ thì spawn lại chỉ đơn giản là tạo ra một process thực hiện câu lệnh nào đó. Chi tiết hơn, chúng ta hãy đi qua từng phương thức xem chúng thực chất là như thế nào.

Xem thêm việc làm Node.js developer hấp dẫn nhất tại TopDev

spawn

spawn là một phương thức để tạo ra một child process mới. Khi sử dụng spawn, ta có thể truyền cho child process các tham số, tùy chọn và đối số cần thiết để thực thi lệnh hoặc file thực thi.

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

Khi child process được tạo ra bằng spawn, nó có thể hoạt động độc lập với process cha, và có thể trao đổi dữ liệu với process cha thông qua pipe hoặc stream. Ta cũng có thể quản lý child process bằng cách theo dõi các sự kiện để biết khi nó hoàn thành hoặc gặp lỗi.

Ví dụ về cách sử dụng spawn hết sức đơn giản:

const { spawn } = require('child_process');
const ls = spawn('ls', ['-lh', '/usr']);

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

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

ls.on('close', (code) => {
  console.log(`child process exited with code ${code}`);
});

Ở dòng số 2 chúng ta đang tạo ra một child process và nó thực hiện câu lệnh ls với các tùy chọn ‘-lh’ và ‘/usr’. Hay nói cách khác, đó là một command:

$ ls -lh /usr

Sau đó, sử dụng on để lắng nghe sự kiện từ child pocess để nhận dữ liệu ở process cha. Trong ví dụ trên, on đang “lắng nghe” trên 3 sự kiện của child process là thành công, thất bại và đóng tiến trình con.

Nếu để ý, có thể thấy trong spawn có thể chạy một lệnh node:

spawn('node', ['index.js']);

Bạn có thể chạy một file .js bằng cách trên trong tiến trình mới, hoặc nhanh hơn là sử dụng fork để đơn giản hóa khả năng sử dụng như trong phần dưới đây.

fork

fork cũng là một phương thức để tạo ra một child process mới, nó là một trường hợp đặc biệt của spawn, hay nói cách khác fork chỉ là một hàm dựa trên spawn. Child process này sẽ chạy một phiên bản độc lập của mã JavaScript được chỉ định. Mã này có thể được đặt trong một file hoặc một function được truyền dưới dạng tham số cho hàm fork.

child_process.fork(modulePath[, args][, options])

Hàm fork sẽ tạo ra một child process mới, được “sao chép” từ process cha (bao gồm những thứ như tạo ra hẳn một bộ V8 engine mới – điều này làm cho fork trở nên tốn kém về mặt tài nguyên), nhưng với một môi trường độc lập và một ID process khác biệt. Child process này có thể thực hiện các nhiệm vụ độc lập với process cha, có thể giao tiếp với process cha thông qua một kênh IPC (Inter-Process Communication) được cung cấp bởi Node.js.

Với fork, ta có thể sử dụng các child process để chia sẻ tải công việc, xử lý các tác vụ nặng, chạy các đoạn mã không đồng bộ mà không ảnh hưởng đến performance của process cha.

Ví dụ, bạn có một file fibonacci.js đơn giản như sau:

function fibonacci(n) {
  if (n < 2) {
    return n;
  } else {
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
  }
}

process.on('message', (msg) => {
  const result = fibonacci(msg);
  process.send(result);
});

Sau đó, tạo ra một child process để xử lý việc gọi hàm fibonacci() trong một tiến trình riêng biệt.

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

const child = fork('fibonacci.js');

child.on('message', (result) => {
  console.log(`Fibonacci: ${result}`);
});

child.send(10);
});

Khi nào nên sử dụng child process cũng như fork hoặc spawn?

Trước tiên, phải nói rằng lựa chọn sử dụng child process còn phụ thuộc vào bài toán đang cần giải quyết. Vì chi phí để tạo ra một process là khá tốn kém cho nên không phải cứ tạo ra càng nhiều child process thì ứng dụng của bạn sẽ xử lý càng nhanh. Ngược lại, nó có thể nhanh chóng làm cạn kiệt tài nguyên máy chủ cũng như chi phí liên lạc giữa các tiến trình với nhau.

Bài viết gốc được đăng tải tại 2coffee.dev

Xem thêm:

Xem thêm các việc làm công nghệ hấp dẫn trên TopDev