راهنمای جامع Worker Threads در Node.js (ماژول node:worker_threads)

1. معرفی

ماژول node:worker_threads امکان اجرای جاوااسکریپت در ریسه‌های جداگانه را فراهم می‌کند. هر Worker محیط مستقل خود را دارد اما می‌تواند با ریسهٔ اصلی ارتباط سریع و کارآمد برقرار کند. این قابلیت برای کارهای CPU-محور بسیار مناسب است.

2. نحوهٔ دسترسی

const {
  Worker,
  isMainThread,
  parentPort,
  workerData,
  threadId
} = require('node:worker_threads');

3. چرا از Worker Threads استفاده کنیم؟

• اجرای موازی کارهای سنگین CPU مانند پردازش تصویر، رمزنگاری، فشرده‌سازی.
• حافظهٔ اشتراکی با SharedArrayBuffer برای تبادل سریع داده.
• هزینهٔ کمتر نسبت به child_process یا cluster.
• انتقال بدون کپی برای ArrayBuffer و MessagePort.

4. مثال پایه

محاسبهٔ سنگین Fibonacci در یک Worker:

// main.js
const { Worker, isMainThread } = require('node:worker_threads');

if (isMainThread) {
  const worker = new Worker(__filename, { workerData: { num: 40 } });

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

  worker.on('exit', (code) => {
    console.log('Worker exited with code', code);
  });
} else {
  const { workerData, parentPort } = require('node:worker_threads');

  function fib(n) {
    return n <= 1 ? n : fib(n - 1) + fib(n - 2);
  }

  parentPort.postMessage(fib(workerData.num));
}

5. مفاهیم اصلی

5.1 isMainThread

در ریسهٔ اصلی true و داخل Worker مقدار false دارد.

5.2 workerData

داده‌ای که هنگام ساخت Worker ارسال می‌شود.

5.3 parentPort

کانال پیام Worker → Parent.

5.4 threadId

شناسهٔ یکتا برای هر Worker.

6. پیام‌رسانی و Transfer List

6.1 انتقال بدون کپی

const buffer = new ArrayBuffer(1024);
parentPort.postMessage(buffer, [buffer]); // buffer از دسترس خارج می‌شود

6.2 SharedArrayBuffer

حافظهٔ واقعاً مشترک بین ریسه‌ها:

const shared = new SharedArrayBuffer(4);
const view = new Int32Array(shared);
Atomics.store(view, 0, 42);

7. MessageChannel

ایجاد کانال پیام اختصاصی:

const { MessageChannel } = require('node:worker_threads');
const { port1, port2 } = new MessageChannel();
worker.postMessage({ port: port2 }, [port2]);

8. قابلیت‌های پیشرفته

8.1 Worker Pool

استفادهٔ مجدد از Workerها برای کاهش هزینهٔ ساخت.

8.2 SHARE_ENV

new Worker(__filename, { env: worker_threads.SHARE_ENV });

8.3 محدودیت منابع

new Worker(__filename, {
  resourceLimits: {
    maxOldGenerationSizeMb: 200,
    stackSizeMb: 4
  }
});

8.4 BroadcastChannel

const bc = new BroadcastChannel('updates');
bc.postMessage('Hello workers!');

8.5 Locks API (آزمایشی)

await locks.request('critical', async () => {
  // فقط یک Worker در لحظه وارد می‌شود
});

8.6 پروفایل CPU و Heap Snapshot

await worker.startCpuProfile();
await worker.getHeapSnapshot();

8.7 خاتمهٔ Worker

await worker.terminate();

9. بهترین شیوه‌ها

• فقط برای کارهای CPU-محور استفاده شود.
• برای داده‌های بزرگ از Transfer List استفاده کنید.
• SharedArrayBuffer را با احتیاط و آگاهی از Race Condition به‌کار ببرید.
• برای کارهای تکراری از Worker Pool استفاده کنید.
• از مسدود کردن ریسهٔ اصلی پرهیز کنید.

10. مواردی که نباید از Worker Threads استفاده کرد

• کارهای سادهٔ I/O.
• وظایف بسیار کوتاه (هزینهٔ Worker بیشتر از سود آن است).
• کارهایی که قابل موازی‌سازی نیستند.

نتیجه‌گیری

ماژول node:worker_threads امکان اجرای موازی واقعی را در Node.js فراهم می‌کند. با پشتیبانی از حافظهٔ اشتراکی، انتقال بدون کپی، Worker Pool و ابزارهای همگام‌سازی، این ماژول برای پردازش‌های سنگین مانند رمزنگاری، پردازش تصویر، فشرده‌سازی و محاسبات علمی کاملاً مناسب است. استفادهٔ صحیح از Worker Threads می‌تواند کارایی برنامه را به‌طور چشمگیری افزایش دهد بدون اینکه حلقهٔ رویداد مسدود شود.