Node.js 中 exec、fork 和 spawn 的区别是什么？

exec，fork 和 spawn 是 Node.js 的 child_process 模块用来创建子进程的方法，各有不同的机制和使用场景。区别主要在进程创建方式、数据传输机制、通信能力和适用性上。

exec

• 用途：执行 shell 命令字符串（如 echo "hello" | grep h），在新启动的 shell 进程中运行命令。
• 核心特性：
  • 使用缓冲区收集所有输出（stdout 和 stderr），通过回调一次性返回给父进程。
  • 输出量默认可达 200KB；超出会导致错误，不建议处理大数据。
  • 可设置 timeout 超时值，超时自动终止子进程。
• 优点: 适合快速的小批量命令操作，需要等待完整输出场景。
• 语法举例:

  const { exec } = require('child_process');
    
  exec('ls -l', { timeout: 3000 }, (error, stdout, stderr) => {
    if (error) {
      console.error(`错误输出: ${error}`);
      return;
    }
    console.log(stdout);
  });
  

spawn

• 用途: 直接启动新进程运行可执行文件或程序（如二进制文件或 .js 文件），不依赖 shell。
• 核心特性：
  • 使用流（stdin, stdout, stderr）逐步交互数据，支持实时流输入/输出。
  • 无输出数据大小限制；适合大数据量场景（如处理文件或长时间输出）。
  • 不支持内置 IPC 通信（父子进程需自定义协议处理消息），也不提供 timeout。
  • 是所有衍生基础；底层实现用于任意外部程序（甚至可运行 python script.py）。
• 优点: 高效的流式操作；适用于大流量、低延迟任务（如数据库导出或实时日志）。
• 语法举例:

  const { spawn } = require('child_process');
    
  const ls = spawn('ls', ['-lh', '/usr']);
  ls.stdout.on('data', (data) => {
    console.log(`输出数据: ${data}`);
  });
  ls.stderr.on('data', (data) => {
    console.error(`错误数据: ${data}`);
  });
  ls.on('close', (code) => {
    console.log(`子进程退出码: ${code}`);
  });
  

fork

• 用途: 专门启动另一 Node.js 脚本，便于分离运行 JavaScript 代码及通信。
• 核心特性:
  • 基于 spawn 实现：等同于 spawn('node', [scriptPath])，但自动建立双工 IPC通道用于通信。
  • 支持父子进程消息传递：子进程通过 process.on('message', fn) 监听和 process.send(data) 发送 JSON-serializable 对象。
  • 数据可流但无限制；IPC channel允许灵活状态通信（如集群架构中 worker 任务同步）。
• 优点: 内建 IPC 优势；适合分离复杂逻辑的任务线程（如Web服务器集群或实时多节点任务）。
• 语法举例: 父进程文件：

  const { fork } = require('child_process');
    
  const child = fork('./worker.js');
  child.on('message', (msg) => {
    console.log(`父接收: ${msg.data}`);
  });
  child.send({ command: 'start', count: 5 });  // JSON对象发送
  

  子进程 (worker.js)：

  process.on('message', (msg) => {
    console.log(`子收到: ${msg.command}`);
    process.send({ data: `处理完毕: ${msg.count}` }); // 回复消息
  });
  

主要区别总结

1. 数据传输机制:
   • spawn 和 fork 使用流，处理无限制数据的实时输入输出；
   • exec 通过内存缓冲区存储完整静态输出；仅限 <=200KB。
2. 通信能力:
   • fork 内置专用于 JSON结构的 IPC（支持父子消息传递）。
   • spawn需自定义流协议；exec无内置通信模式。
3. 启动对象差异:
   • fork: 唯一支持 Node.js脚本作为独立JavaScript 实例运行的子进程；
   • spawn: 支持任意可执行程序作为子进程（包括系统命令或 .js 文件须指定 node 命令作为入口）；
   • exec: 指定字符串形式的完整 shell命令；不适合运行 .js 文件脚本或二进制直接文件操作。
4. 其它特性:
   • exec和衍生execFile有可设超时可调参数 timeout，自动停止长期进程；
   • spawn 及 fork 中无 timeout内建特性，父进程必须主动管理终止（如 kill或时间控制函数显式判断响应超时状态）。
   • fork 操作可重用Node.js共享 V8 实例；比单独创建新节点进程资源开销稍高。

应⽤选择指南

• 在 Node.js 场景: 需执行另一 .js脚本并频繁数据消息时用 fork。
• 大流量外部程序/无固定数据边界场景: 适用 spawn进行灵活流控处理。
• 简短的 shell命令仅作查询一次性回调时优先 exec。
  实际开发中多数函数逻辑基于 spawn底层机制调用选参数格式优化选择任务。