SHELL的并行编程：通过启用多个并行的后台子进程，实现任务的并行处理。

并发编程的模式：

• 简单模式
• 批处理模式
• 轮询模式
• 队列模式

简单模式

将多个任务放在后台，以子进程的方式进行执行。可以看成是简单模式的并发编程。

#!/bin/bash
function log() {
    echo "$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')" $@
}
function do_working() {
    log "I am working for $1 seconds."
    sleep $1
    log "I am working ok."
}
function main() {
    for ((i=0; i<5; ++i))
    do
        do_working $i &
    done
    wait
}
main

运行结果：

2019-08-28 21:33:10 I am working for 0 seconds.
2019-08-28 21:33:10 I am working for 1 seconds.
2019-08-28 21:33:10 I am working for 4 seconds.
2019-08-28 21:33:10 I am working for 2 seconds.
2019-08-28 21:33:10 I am working for 3 seconds.
2019-08-28 21:33:10 I am working ok.
2019-08-28 21:33:11 I am working ok.
2019-08-28 21:33:12 I am working ok.
2019-08-28 21:33:13 I am working ok.
2019-08-28 21:33:14 I am working ok.

优势：编程简单、直观，对于少量的后台并发任务，可以直接使用该并发模式。
劣势：如果并发任务的数量较大，这种模式会存在消耗过多的系统资源，拖慢系统的运行。过多的资源消耗，也会让并发任务失败。

批处理模式

#!/bin/bash
function log() {
    echo "$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')" $@
}
function do_working() {
    log "I am working for $1 seconds."
    sleep $1
    log "I am working ok."
}
function main() {
    local i=1
    while ((i<=6))
    do
        for ((j=0; j<2; ++j))
        do
            do_working $i &
            i=$(($i+1))
        done
        wait
    done
    wait
}
main

运行结果：

2019-08-28 21:40:31 I am working for 1 seconds.
2019-08-28 21:40:31 I am working for 2 seconds.
2019-08-28 21:40:32 I am working ok.
2019-08-28 21:40:33 I am working ok.
2019-08-28 21:40:33 I am working for 3 seconds.
2019-08-28 21:40:33 I am working for 4 seconds.
2019-08-28 21:40:36 I am working ok.
2019-08-28 21:40:37 I am working ok.
2019-08-28 21:40:37 I am working for 6 seconds.
2019-08-28 21:40:37 I am working for 5 seconds.
2019-08-28 21:40:42 I am working ok.
2019-08-28 21:40:43 I am working ok.

优势：编程简单、直观，对于并发任务的耗时相差不多时，可以直接使用该并发模式。
劣势：每一批次的并发任务，是按照耗时最长的那个任务计算的。如果任务的耗时相差较大，那么使用这种方式会明显的具有“木桶效应”带来的性能降低问题。

轮询模式

#!/bin/bash
function log() {
    echo "$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')" $@
}
function do_working() {
    log "I am working for $1 seconds."
    sleep $1
    log "I am working ok."
}
function main() {
    local i=1
    while ((i<=6))
    do
        local joblist=($(jobs -p))
        while ((${#joblist[*]} >= 2))
        do
            sleep 0.1
            joblist=($(jobs -p))
        done
        do_working $i &
        i=$(($i+1))
    done
    wait
}
main

运行输出：

2019-08-28 21:48:42 I am working for 1 seconds.
2019-08-28 21:48:42 I am working for 2 seconds.
2019-08-28 21:48:43 I am working ok.
2019-08-28 21:48:43 I am working for 3 seconds.
2019-08-28 21:48:44 I am working ok.
2019-08-28 21:48:44 I am working for 4 seconds.
2019-08-28 21:48:46 I am working ok.
2019-08-28 21:48:46 I am working for 5 seconds.
2019-08-28 21:48:48 I am working ok.
2019-08-28 21:48:48 I am working for 6 seconds.
2019-08-28 21:48:51 I am working ok.
2019-08-28 21:48:54 I am working ok.

优势：避免了并发任务运行时间的差异问题，对于性能要求不是特别严格的场景，轮询/睡眠的方式可以解决绝大部分的问题，且这种模式编码简单，逻辑直观。
劣势：轮询的方式检查后台子进程的数量，存在一定的性能损耗。同时，jobs -p并没有区分子进程的类型。若父进程启动的后台进程中，存在不同类型的任务，那么这种方式就不太适合了。

队列模式

#!/bin/bash
Q_FD=8
Q_SIZE=2
function fifo_init() {
    mkfifo $$.fifo.tmp
    eval exec "${Q_FD}""<>$$.fifo.tmp"
    rm -rf $$.fifo.tmp
    trap fifo_clean SIGINT SIGHUP SIGQUIT SIGKILL
    for ((i=0; i<${Q_SIZE}; ++i))
    do
        fifo_release
    done
}
function fifo_free() {
    log "fifo free ok"
    exec 3<&- #关闭文件描述符的读
    exec 3>&- #关闭文件描述符的写
}
function fifo_clean() {
    log "fifo clean ok"
    exec 3<&- #关闭文件描述符的读
    exec 3>&- #关闭文件描述符的写
    kill 0
    kill 9 $$
}
function fifo_acquire() {
    read -u${Q_FD}
}
function fifo_release() {
    echo >&${Q_FD}
}
function log() {
    echo "$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')" $@
}
function do_working() {
    log "I am working for $1 seconds."
    sleep $1
    log "I am working ok for $1 seconds."
    fifo_release
}
function main() {
    fifo_init
    for ((i=1; i<=6; ++i))
    do
        fifo_acquire
        do_working $i &
    done
    wait
    fifo_free
}
main

运行结果：

2019-08-28 22:10:16 I am working for 1 seconds.
2019-08-28 22:10:16 I am working for 2 seconds.
2019-08-28 22:10:17 I am working ok for 1 seconds.
2019-08-28 22:10:17 I am working for 3 seconds.
2019-08-28 22:10:18 I am working ok for 2 seconds.
2019-08-28 22:10:18 I am working for 4 seconds.
2019-08-28 22:10:20 I am working ok for 3 seconds.
2019-08-28 22:10:20 I am working for 5 seconds.
2019-08-28 22:10:22 I am working ok for 4 seconds.
2019-08-28 22:10:22 I am working for 6 seconds.
2019-08-28 22:10:25 I am working ok for 5 seconds.
2019-08-28 22:10:28 I am working ok for 6 seconds.
2019-08-28 22:10:28 fifo free ok

优势：使用命名管道的方式，避免了上面轮询模式下的效率问题。通过把命名管道看成是FIFO队列，可以从系统层面实现生产者-消费者模式。应用范围可以覆盖所有的并发场景。
劣势：编程复杂，需要掌握的系统知识较多。

优化

• 并发任务数根据CPU内核的数量，自动推断使用几个后台进程进行并发处理；
• 并发处理的结果，需要通过一个队列保存起来，以便后续的定位和调试跟踪；

参考资料

1. https://blog.51cto.com/egon09/1754317
2. 清理FIFO管道时为何需要使用kill -9 $$