使用 Node.js Workers 自动转换类到独立线程

使用 node.js workers 自动转换类到独立线程

本文档介绍如何利用 Node.js 的 worker_threads 模块,将耗时的 JavaScript 类自动转换为在独立线程中运行,从而避免阻塞主线程。通过封装类,我们可以方便地在 worker 线程中执行方法,并通过消息传递机制与主线程进行通信,实现并发执行。这对于需要执行大量计算或 I/O 操作的 Node.js 应用来说至关重要,可以显著提升应用的响应速度和整体性能。本文将提供一个 WrapWorker 函数,它可以自动将一个类转换为一个 worker,无需手动编写大量的 worker 代码。

自动 Worker 封装函数

以下是一个名为 WrapWorker 的函数,它接受一个类定义和一个构造函数参数数组,并在 worker 线程中实例化该类。主线程可以通过代理对象调用 worker 线程中的方法。

// wrap-worker.jsconst { Worker, isMainThread } = require('worker_threads');function WrapWorker(OBJECT, OBJECT_ARGS) {  if (isMainThread) {    const workerCode = `      const { parentPort, workerData } = require('worker_threads');      const OBJECT = ${OBJECT.toString()};      const instance = new OBJECT(...workerData);      parentPort.on('message', async (data) => {        try {          const method = instance[data.method];          if (typeof method === 'function') {            const response = await method.apply(instance, data.arguments);            parentPort.postMessage({ rid: data.rid, valid: true, response });          } else {            parentPort.postMessage({ rid: data.rid, valid: false });          }        } catch (error) {          parentPort.postMessage({ rid: data.rid, valid: false });        }      });    `;    const instance = new Worker(workerCode, { eval: true, workerData: OBJECT_ARGS });    const methodsProxy = {};    const methods = Object.getOwnPropertyNames(OBJECT.prototype);    let rid = 0;    const requests = {};    for (const methodId of methods) {      methodsProxy[methodId] = (...args) =>        new Promise((resolve, reject) => {          rid++;          requests[rid] = { resolve, reject };          instance.postMessage({ method: methodId, arguments: args, rid });        });    }    instance.on('message', (data) => {      const request = requests[data.rid];      if (request) {        if (data.valid) {          request.resolve(data.response);        } else {          request.reject();        }        delete requests[data.rid];      }    });    return methodsProxy;  }}module.exports = WrapWorker;

代码解释:

WrapWorker(OBJECT, OBJECT_ARGS): 此函数接收两个参数:OBJECT: 要转换为 worker 的类定义。OBJECT_ARGS: 传递给类构造函数的参数数组。isMainThread: 检查当前是否在主线程中运行。如果不是主线程,则该函数不执行任何操作。workerCode: 包含在 worker 线程中执行的 JavaScript 代码的字符串。OBJECT = ${OBJECT.toString()}: 将类的字符串表示形式嵌入到 worker 代码中。instance = new OBJECT(…workerData): 使用传递的构造函数参数实例化该类。parentPort.on(‘message’, …): 设置一个消息处理程序,用于接收来自主线程的消息。当收到消息时,它会尝试调用类实例上的指定方法。如果方法存在且是一个函数,它将被调用,并且结果将通过消息传递回主线程。如果方法不存在或不是一个函数,则会向主线程发送一个错误消息。使用 try…catch 块来处理 worker 线程中可能发生的任何错误,并向主线程发送错误消息。new Worker(workerCode, { eval: true, workerData: OBJECT_ARGS }): 创建一个新的 worker 线程,并使用提供的代码和数据对其进行初始化。 eval: true 允许在 worker 中执行字符串形式的代码。methodsProxy: 一个空对象,用于存储将在主线程中使用的代理方法。Object.getOwnPropertyNames(OBJECT.prototype): 获取类原型上的所有属性名称(包括方法)。循环遍历方法名称: 对于类原型上的每个方法,创建一个代理函数,该函数:生成一个唯一的请求 ID (rid).创建一个新的 Promise,该 Promise 将在 worker 线程完成执行时被解析或拒绝。将请求 ID、参数和方法名称发送到 worker 线程。将 Promise 解析和拒绝函数存储在 requests 对象中,以便稍后使用。instance.on(‘message’, …): 设置一个消息处理程序,用于接收来自 worker 线程的消息。当收到消息时,它会检索相应的请求对象。如果请求存在,它会根据消息中的 valid 标志解析或拒绝 Promise。然后从 requests 对象中删除请求对象。return methodsProxy: 返回包含代理方法的对象。

使用示例

以下是如何使用 WrapWorker 函数的示例:

// my-class.jsclass MyClass {  constructor(starta, startb) {    this.sum = starta + startb;  }  addSync(a, b) {    return a + b + this.sum;  }  async addAsync(a, b) {    await (new Promise((resolve) => { setTimeout(resolve, 3000); }));    return a + b + this.sum;  }}module.exports = MyClass;
// index.jsconst RunInWorker = require('./my-class.js');const worker = new require('./wrap-worker.js')(RunInWorker, [5, 5]);(async () => {  console.log(worker);  console.log(await worker.addSync(3, 4), 'should be', 17);  console.log(await worker.addAsync(3, 8), 'should be', 21);})();

在这个例子中,MyClass 定义了一个简单的类,它有一个构造函数和两个方法:addSync 和 addAsync。 index.js 文件使用 WrapWorker 函数将 MyClass 转换为一个 worker。然后,它调用 worker 线程中的 addSync 和 addAsync 方法,并将结果打印到控制台。

注意事项

序列化: 传递给 worker 线程的参数和从 worker 线程返回的值必须是可序列化的。这意味着它们必须是基本类型(如数字、字符串、布尔值)或可以转换为 JSON 的对象。错误处理: 在 worker 线程中发生的错误不会自动传播到主线程。需要在 worker 线程中捕获错误,并将它们传递回主线程。WrapWorker 函数已经包含了基本的错误处理机制,可以将错误信息传递回主线程。性能: 创建和销毁 worker 线程的开销可能很高。对于非常短的任务,使用 worker 线程可能适得其反。调试: 调试 worker 线程可能比较困难。Node.js 提供了一些工具来帮助调试 worker 线程,例如 –inspect-brk 标志。

总结

WrapWorker 函数提供了一种方便的方法,可以将 Node.js 类自动转换为在独立线程中运行。这可以帮助您提高 Node.js 应用程序的性能和响应能力。使用 worker_threads 模块时,请务必考虑上述注意事项,以确保您的应用程序能够正常运行。通过合理地利用 worker 线程,可以充分发挥多核 CPU 的优势,提升应用的整体性能。

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