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开发人员一直对多线程编程很感兴趣，主要用来提高应用程序性能和优化资源的使用。本篇将向您介绍 Bash 多线程编程的基础知识。

什么是多线程编程？

一张图胜过千言万语，当谈到 Bash 中单线程编程和多线程编程之间的区别时，使用图来解释要比文字方便的多：

sleep 1
sleep 1 & sleep 1

我们的第一个多线程编程使用单行脚本再简单不过了； 在第一行中，我们使用 sleep 1 命令休眠一秒钟。 就用户而言，单个线程正在执行一秒钟的单个睡眠。

在第二行，我们有两个睡眠 1 秒的命令。我们通过使用&分隔符将它们连接起来，& 不仅作为两个sleep命令之间的分隔符，而且在 Bash 中指示第一个命令在后台线程中启动。

通常，我们会使用分号 ; 来终止命令。 这样做将执行命令，然后才继续执行分号后面列出的下一个命令。 例如，执行 sleep 1; sleep 1 只需要两秒钟多一点——第一个命令正好一秒钟，第二个命令一秒钟，并且两个命令中的每一个都需要少量的系统开销。

然而，除了使用分号终止命令之外，还可以使用 Bash 识别的其他命令终止符，如 &、&& 和 ||。 && 语法与多线程编程完全无关，它只是这样做：只有在第一个命令成功时才继续执行第二个命令。 || 与&&相反，仅当第一个命令失败时才执行第二个命令。

回到多线程编程，使用&作为我们的命令终止符将启动一个后台进程，执行它前面的命令。然后它立即继续在当前 shell 中执行下一个命令，同时让后台进程（线程）自行执行。

在命令的输出中，我们可以看到正在启动的后台进程（如 [1] 7136 所示，其中 7136 是刚刚启动的后台进程的进程 ID 或 PID，而 [1] 表示这是我们的第一个后台进程 ) 并随后被终止（如 [1]+ Done sleep 1 所示）。

现在让我们来证明一下我们是同时有效地运行两个sleep进程：

time sleep 1; echo 'done'
time $(sleep 1 & sleep 1); echo 'done'

在这里，我们在time下开始睡眠过程，我们可以看到在返回命令行提示符之前，单线程命令是如何运行1.003秒的。

然而，在第二个示例中，即使我们执行了两个睡眠周期（和进程），但它花费了大约相同的时间（1.005 秒），尽管不是连续的。 我们再次为第一个 sleep 命令使用后台进程，导致（半）并行执行，即多线程。

我们还在两个sleep命令周围使用了子shell包装器$(…)，以便在time下将它们组合在一起。正如我们可以看到的，我们的输出显示是在1.005秒内执行完成，因此两个sleep 1命令肯定是同时运行的。有趣的是，总体处理时间（0.002秒）的增长非常小，这可以很容易地用启动子shell所需的时间和启动后台进程所需的时间来解释。

多线程进程和后台进程管理

在 Bash 中，多线程编程通常会涉及来自主单行脚本或完整 Bash 脚本的后台线程。 从本质上讲，可以将 Bash 中的多线程编程视为启动多个后台线程。 当人们开始使用多个线程进行编码时，很快就会清楚这些线程通常需要一些处理。 例如，假设我们在 Bash 脚本中启动五个并发的 sleep 周期（和进程）；

rest.sh

#!/bin/bash

sleep 10 & 
sleep 600 & 
sleep 1200 & 
sleep 1800 & 
sleep 3600 &

当我们启动脚本时（在使用chmod +x rest.sh使其具有可执行权限后），我们看不到任何输出！即使我们执行 jobs 命令（显示任何正在进行的后台作业的命令），也没有输出。这是为什么？

原因是，用于启动此脚本的shell（即当前shell）与执行实际 sleep 命令或将其放在后台的 shell（也不是同一线程；从子shell的角度考虑，它们本身就是线程）不同。而是在执行./rest.sh时启动的（子）shell。

现在我们修改 rest.sh 脚本，在脚本中添加 jobs 命令。这将确保 jobs 在相关的（子）shell 内执行，与 sleep 周期（和进程）开始的位置相同。

rest.sh

#!/bin/bash

sleep 10 & 
sleep 600 & 
sleep 1200 & 
sleep 1800 & 
sleep 3600 &

jobs

这一次，由于脚本末尾的jobs命令，我们可以看到正在启动的后台进程列表。我们还可以看到它们的PID（进程标识符）。在处理和管理后台进程时，这些PID非常重要。

获取后台进程标识符的另一种方法是在将程序/进程放入后台后立即查询它：

rest.sh

#!/bin/bash

sleep 10 & 
echo ${!}
sleep 600 & 
echo ${!}
sleep 1200 & 
echo ${!}
sleep 1800 & 
echo ${!}
sleep 3600 &
echo ${!}

类似于我们的 jobs 命令（当我们重新启动我们的 rest.sh 脚本时，显示进程有了新的 PID），由于 Bash ${!} 变量被回显，我们现在几乎可以在脚本启动后立即看到五个 PID： sleep 进程被一个接一个地放入后台线程。

wait 命令

一旦我们开始了我们的后台进程，我们就没有别的事可做了，只能等待它们完成。但是，当每个后台进程正在执行一个复杂的子任务，并且我们需要主脚本（启动后台进程）在一个或多个后台进程终止时恢复执行时，我们需要额外的代码来处理这个问题。

现在让我们使用wait命令扩展脚本，来处理后台线程：

rest.sh

#!/bin/bash

sleep 10 & 
T1=${!}
sleep 600 & 
T2=${!}
sleep 1200 & 
T3=${!}
sleep 1800 & 
T4=${!}
sleep 3600 &
T5=${!}

echo "This script started 5 background threads which are currently executing with PID's ${T1}, ${T2}, ${T3}, ${T4}, ${T5}."
wait ${T1}
echo "Thread 1 (sleep 10) with PID ${T1} has finished!"
wait ${T2}
echo "Thread 2 (sleep 600) with PID ${T2} has finished!"

在这里，我们用两个wait命令扩展了我们的脚本，它们等待连接到第一个和第二个线程的PID终止。10秒后，我们的第一个线程就存在了，我们会收到同样的通知。这个脚本将一步一步地执行以下操作：几乎同时启动五个线程（尽管线程本身的启动仍然是顺序的，而不是并行的），其中五个 sleep 线程中的每一个都将并行执行。

然后，主脚本（按顺序）报告创建的线程，并随后等待第一个线程的进程ID终止。当这种情况发生时，它将依次报告第一个线程的完成情况，并开始等待第二个线程完成，等等。

当涉及到在Bash中并行运行多个线程（作为后台线程）时，使用Bash常用的用法 &、${!}和wait命令为我们提供了极大的灵活性。