# shell实现多线程
相关知识点
* wait命令
* `&`后台运行
* 文件描述符、mkfifo等
* xargs命令
* parallel命令
### 情景
shell脚本的执行效率虽高，但当任务量巨大时仍然需要较长的时间，尤其是需要执行一大批的命令时。因为默认情况下，shell脚本中的命令是串行执行的。如果这些命令相互之间是独立的，则可以使用“并发”的方式执行这些命令，这样可以更好地**利用系统资源，提升运行效率，缩短脚本执行的时间**。如果命令相互之间存在交互，则情况就复杂了，那么不建议使用shell脚本来完成多线程的实现。
为了方便阐述，使用一段测试代码。在这段代码中，通过`seq`命令输出1到10，使用`for...in`语句产生一个执行10次的循环。每一次循环都执行`sleep 1`，并`echo`出当前循环对应的数字。
注意：
1. 真实的使用场景下，循环次数不一定等于10，或高或低，具体取决于实际的需求。
2. 真实的使用场景下，循环体内执行的语句往往比较耗费系统资源，或比较耗时等。
**请根据真实场景的各种情况理解本文想要表达的内容**。
```bash
#/bin/bash
all_num=10
a=$(date +%H%M%S)
for num in `seq 1 ${all_num}`
do
sleep 1
echo ${num}
done
b=$(date +%H%M%S)
echo -e "startTime:\t$a"
echo -e "endTime:\t$b"
```
通过上述代码可知，为了体现执行的时间，将循环体开始前后的时间打印了出来。
运行结果：
```bash
$ sh test1.sh
```
```
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
startTime: 193649
endTime: 193659
```
10次循环，每次sleep 1秒，所以总执行时间10s。
### 方案
#### 方案1：使用"&"使命令后台运行
在linux中，在命令的末尾加上`&`符号，则表示该命令将在后台执行，这样后面的命令不用等待前面的命令执行完就可以开始执行了。示例中的循环体内有多条命令，则可以以`{}`括起来，在大括号后面添加`&`符号。
```
$ cat test2.sh
```
```bash
#/bin/bash
all_num=10
a=$(date +%H%M%S)
for num in `seq 1 ${all_num}`
do
{
sleep 1
echo ${num}
} &
done
b=$(date +%H%M%S)
echo -e "startTime:\t$a"
echo -e "endTime:\t$b"
```
运行结果：
```
sh test2.sh
```
```
startTime: 194147
endTime: 194147
[j-tester@merger142 ~/bin/multiple_process]$ 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
```
通过结果可知，程序没有先打印数字，而是直接输出了开始和结束时间，然后显示出了命令提示符`[j-tester@merger142 ~/bin/multiple_process]$`（出现命令提示符表示脚本已运行完毕），然后才是数字的输出。这是因为循环体内的命令全部进入后台，所以均在sleep了1秒以后输出了数字。开始和结束时间相同，即循环体的执行时间不到1秒钟，这是由于循环体在后台执行，没有占用脚本主进程的时间。
#### 方案2：命令后台运行+`wait`命令
解决上面的问题，只需要在上述循环体的done语句后面加上`wait`命令，该命令等待当前脚本进程下的子进程结束，再运行后面的语句。
```
$ cat test3.sh
```
```bash
#/bin/bash
all_num=10
a=$(date +%H%M%S)
for num in `seq 1 ${all_num}`
do
{
sleep 1
echo ${num}
} &
done
wait
b=$(date +%H%M%S)
echo -e "startTime:\t$a"
echo -e "endTime:\t$b"
```
运行结果：
```
$ sh test3.sh
```
```
1
2
3
4
5
6
7
9
8
10
startTime: 194221
endTime: 194222
```
但这样依然存在一个问题：\
因为`&`使得所有循环体内的命令全部进入后台运行，那么倘若循环的次数很多，会使操作系统在瞬间创建出所有的子进程，这会非常消耗系统的资源。如果循环体内的命令又很消耗系统资源，则结果可想而知。
最好的方法是并发的进程是可配置的。
#### 方案3：使用文件描述符控制并发数
```
$ cat test4.sh
```
```bash
#/bin/bash
all_num=10
# 设置并发的进程数
thread_num=5
a=$(date +%H%M%S)
# mkfifo
tempfifo="my_temp_fifo"
mkfifo ${tempfifo}
# 使文件描述符为非阻塞式
exec 6<>${tempfifo}
rm -f ${tempfifo}
# 为文件描述符创建占位信息
for ((i=1;i<=${thread_num};i++))
do
{
echo
}
done >&6
#
for num in `seq 1 ${all_num}`
do
{
read -u6
{
sleep 1
echo ${num}
echo "" >&6
} &
}
done
wait
# 关闭fd6管道
exec 6>&-
b=$(date +%H%M%S)
echo -e "startTime:\t$a"
echo -e "endTime:\t$b"
```
运行结果：
```
$ sh test4.sh
```
```
1
3
2
4
5
6
7
8
9
10
startTime: 195227
endTime: 195229
```
#### 方案4：使用`xargs -P`控制并发数
xargs命令有一个`-P`参数，表示支持的最大进程数，默认为1。为0时表示尽可能地大，即`方案2`的效果。
```
$ cat test5.sh
```
```bash
#/bin/bash
all_num=10
thread_num=5
a=$(date +%H%M%S)
seq 1 ${all_num} | xargs -n 1 -I {} -P ${thread_num} sh -c "sleep 1;echo {}"
b=$(date +%H%M%S)
echo -e "startTime:\t$a"
echo -e "endTime:\t$b"
```
运行结果：
```
$ sh test5.sh
```
```
1
2
3
4
5
6
8
7
9
10
startTime: 195257
endTime: 195259
```
#### 方案5：使用`GNU parallel`命令控制并发数
`GNU parallel`命令是非常强大的并行计算命令，使用`-j`参数控制其并发数量。
```
$ cat test6.sh
```
```bash
#/bin/bash
all_num=10
thread_num=6
a=$(date +%H%M%S)
parallel -j 5 "sleep 1;echo {}" ::: `seq 1 10`
b=$(date +%H%M%S)
echo -e "startTime:\t$a"
echo -e "endTime:\t$b"
```
运行结果：
```
$ sh test6.sh
```
```
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
startTime: 195616
endTime: 195618
```
### 总结
“多线程”的好处不言而喻，虽然shell中并没有真正的多线程，但上述解决方案可以实现“多线程”的效果，重要的是，在实际编写脚本时应有这样的考虑和实现。\
另外：\
方案3、4、5虽然都可以控制并发数量，但方案3显然写起来太繁琐。\
方案4和5都以非常简洁的形式完成了控制并发数的效果，但由于方案5的parallel命令非常强大，所以十分建议系统学习下。\
方案3、4、5设置的并发数均为5，实际编写时可以将该值作为一个参数传入。
#### 参考文章
1.
2.
3.