情景linux--shell如何实现多线程？

绝地灬酷狼 2022-04-12 02:43 274阅读 0赞

## shell 无法多线程只能多进程并发运行 ##

## 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**。

$ cat test1.sh

#/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：

$ 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

#/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

#/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

#/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

#/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

#/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.  [http://blog.csdn.net/qq\_34409701/article/details/52488964][http_blog.csdn.net_qq_34409701_article_details_52488964]
2.  [https://www.codeword.xyz/2015/09/02/three-ways-to-script-processes-in-parallel/][https_www.codeword.xyz_2015_09_02_three-ways-to-script-processes-in-parallel]
3.  [http://www.gnu.org/software/parallel/][http_www.gnu.org_software_parallel]

### 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

参考文献：

[https://www.jianshu.com/p/33ea8390e7c4][https_www.jianshu.com_p_33ea8390e7c4]

[http_blog.csdn.net_qq_34409701_article_details_52488964]: https://link.jianshu.com?t=http://blog.csdn.net/qq_34409701/article/details/52488964
[https_www.codeword.xyz_2015_09_02_three-ways-to-script-processes-in-parallel]: https://link.jianshu.com?t=https://www.codeword.xyz/2015/09/02/three-ways-to-script-processes-in-parallel/
[http_www.gnu.org_software_parallel]: https://link.jianshu.com?t=http://www.gnu.org/software/parallel/
[https_www.jianshu.com_p_33ea8390e7c4]: https://www.jianshu.com/p/33ea8390e7c4