07. `child_process` 工作原理概览

本章解决的问题

node:child_process 让当前 Node.js 进程启动另一个操作系统进程。它常用于执行 Bash、Python、R、FFmpeg，也能启动另一个 Node.js 程序。

父 Node.js 进程（独立 PID、内存、事件循环）
  ├─ 写入 child.stdin  ──> 子进程 stdin
  ├─ 读取 child.stdout <── 子进程 stdout
  ├─ 读取 child.stderr <── 子进程 stderr
  └─ 可选 IPC          <──> 消息通道

子进程不会自动共享父进程的变量、数据库连接、EventEmitter、定时器或 Express 请求对象。创建时，它通常会继承父进程环境变量和工作目录，但之后两边各自独立。

四组 API

import {
  exec,
  execFile,
  fork,
  spawn,
} from "node:child_process";

API	默认经过 Shell	返回输出	适合场景
`spawn()`	否	流	大输出、长任务、实时进度
`execFile()`	否	一次性回调或 Promise	明确程序、少量输出
`exec()`	是	一次性回调或 Promise	固定且可信的短 Shell 命令
`fork()`	否	流 + IPC	启动 Node.js 子模块

存在同步版本 spawnSync()、execFileSync()、execSync()。它们会阻塞当前事件循环，不应放在 Express 请求处理中。

最小示例

import { spawn } from "node:child_process";

const child = spawn(process.execPath, ["--version"], {
  stdio: ["ignore", "pipe", "pipe"],
});

child.stdout.setEncoding("utf8");
child.stdout.on("data", (chunk: string) => {
  process.stdout.write(`Node 版本：${chunk}`);
});

child.on("error", (error: Error) => {
  console.error("无法启动子进程：", error.message);
});

child.on("close", (code: number | null, signal: NodeJS.Signals | null) => {
  console.log({ code, signal });
});

使用 process.execPath 可以确保子进程使用与父进程相同的 Node.js 可执行文件，避免 PATH 中存在多个 Node.js 版本。

生命周期时间线

正常完成：

spawn() 返回 ChildProcess
  → "spawn"
  → stdout/stderr 若干 "data"
  → "exit"
  → stdio 全部关闭
  → "close"

命令不存在：

spawn() 返回 ChildProcess
  → "error"（例如 ENOENT）
  → "close"

spawn() 返回对象不代表程序已成功启动；必须监听 error。

常见错误

// 错误：以为变量会在子进程中共享。
let progress = 0;
spawn(process.execPath, ["worker.js"]);
// worker.js 无法直接读取这里的 progress。

// 错误：在 HTTP 请求中同步执行长任务，整个进程会停止处理请求。
import { execFileSync } from "node:child_process";
execFileSync("python", ["slow.py"]);

最佳实践

默认优先 spawn() 或 execFile()，不要为了方便随意启用 Shell。
命令和参数分开传递，不拼接用户输入。
同时监听启动错误和最终关闭。
明确 stdout、stderr、退出码组成的脚本协议。
大输出使用流，不在内存中无限累积。
为长任务设计超时、取消和清理。

练习

用 spawn() 执行 process.execPath --version，输出子进程 PID。
创建子脚本，分别向 stdout、stderr 写内容，并以退出码 2 结束。
解释为什么父子进程不能共享一个内存 Map。

验收清单

[ ] 能说明父进程和子进程的内存、PID、事件循环相互独立。
[ ] 能按场景初步选择 spawn()、execFile()、exec()、fork()。
[ ] 知道同步 API 会阻塞事件循环。
[ ] 知道 spawn() 返回不等于启动成功。

07. child_process 工作原理概览