Node.js Process 與 Worker Threads
📌 1. 基本概念
Node.js 在 JavaScript 執行層面為單執行緒，但底層（如 I/O 操作、libuv thread pool）是多執行緒。這讓 Node.js 能同時處理大量 I/O 任務，並可透過 child_process 或 worker_threads 實現平行運算。
📌 2. process 與 child_process 模組
✅ process 物件（全域物件）
提供與當前執行流程互動的 API。
| 屬性 / 方法 | 說明 |
|---|---|
| process.pid | 目前行程 ID |
| process.argv | 執行參數 |
| process.env | 環境變數 |
| process.exit() | 結束程序 |
| process.on('exit') | 程式結束前的 callback |
| process.on('uncaughtException') | 捕捉未處理例外 |
✅ child_process 模組
允許在 Node.js 中建立子行程（process），達到真正平行處理。
三種用法：
const { exec, spawn, fork } = require('child_process');
// exec：執行 shell 指令
exec('ls -la', (err, stdout) => console.log(stdout));
// spawn：啟動子行程並與 stdin/stdout 溝通
const ls = spawn('ls', ['-lh']);
ls.stdout.on('data', data => console.log(`輸出: ${data}`));
// fork：啟動 Node.js 子行程（可互傳訊息）
const child = fork('worker.js');
child.send({ hello: 'world' });
📌 3. Worker Threads 模組
從 Node.js v10.5 開始引入，v12 以上穩定。適合處理 CPU 密集運算（非 I/O）。
// worker.js
const { parentPort } = require('worker_threads');
parentPort.postMessage('Hello from worker');
// main.js
const { Worker } = require('worker_threads');
const worker = new Worker('./worker.js');
worker.on('message', msg => console.log(msg));
📌 4. child_process vs worker_threads
| 項目 | child_process | worker_threads |
|---|---|---|
| 執行單位 | 獨立行程 | 同行程內的執行緒 |
| 記憶體隔離 | 有（各自空間） | 無（可共享記憶體） |
| IPC 通訊 | send, on('message') | postMessage, on('message') |
| 適用場景 | 子系統執行 / shell | CPU 密集任務 |
| 效能 | 較高開銷 | 較低開銷，效能佳 |
📌 5. 常見面試題與解析
🧠 Q1：Node.js 是單執行緒嗎？那怎麼處理高併發？
✅ 建議答法：
雖然 Node.js 在 JavaScript 層面是單執行緒，但透過非阻塞 I/O 模型與 libuv 的 thread pool，可同時處理大量 I/O 任務。而 CPU 密集型任務則可用 worker_threads 或 child_process 平行處理。
🧠 Q2：spawn, exec, fork 差異是什麼？
| 方法 | 適合場景 | 備註 |
|---|---|---|
| exec | 簡單 shell 指令 | 回傳整體 output |
| spawn | 大量資料流 | 資料流（stream）方式處理 |
| fork | Node 子程式 | 可傳遞 JS 物件，最適 Node 專案內模組溝通 |
🧠 Q3：在什麼情況下該使用 worker_threads？
✅ 建議答法：
當需要進行大量 CPU 密集處理（如影像處理、壓縮、加密）時，使用 worker threads 可平行執行任務而不阻塞主執行緒。
🧠 Q4：如何在多執行緒間共享資料？
worker_threads 可使用 SharedArrayBuffer 與 Atomics。
child_process 間則無法共用記憶體，只能靠訊息傳遞。