并发与并行#

定义#

  1. 并发(Concurrency)

    • 时间段内的交替执行:多个任务在同一时间段内通过时间片轮转、快速切换等方式交替执行。在微观上仍是顺序处理,但宏观上看似“同时进行” 。

    • 单核实现:依赖任务调度(如线程切换),无需多核支持。例如,单核CPU通过分时技术处理多任务 。

  2. 并行(Parallelism)

    • 同一时刻的同步执行:多个任务在同一时间点真正同时执行,通常需要多核CPU或多处理器支持 。

    • 多核实现:任务分配到不同物理核心独立运行,互不抢占资源 。

区别#

维度

并发

并行

时间特性

同一时间段内交替执行

同一时间点同步执行

硬件依赖

单核即可实现(时间片轮转)

需要多核或多CPU支持

微观表现

任务串行执行,快速切换

任务真正同时执行

目标

提高资源利用率(如避免CPU空闲)

加速任务完成速度

生活化比喻:

  1. 并发

    • 场景:一个人(单核CPU)同时做多件事(任务)。

    • 例子:

      • 边吃饭边刷手机:同一时间段内交替进行,但任一时刻只能专注一件事 。

      • 幼儿园老师轮流喂多个孩子吃饭:每个孩子被喂一口后切换,宏观上看似同时照顾 。

  2. 并行

    • 场景:多个人(多核CPU)同时做不同的事(任务)。

    • 例子:

      • 多人分工砌墙:每人负责一部分,同时施工缩短总耗时 。

      • 两把铁锹同时挖坑:物理上同时进行,效率翻倍 。

技术实现与应用场景#

  1. 并发实现

    • 技术:多线程、协程、事件驱动(如Node.js)。

    • 适用场景:I/O密集型任务(如Web服务器处理请求、文件读写)。

    • 挑战:需处理线程同步、死锁等问题 。

  2. 并行实现

    • 技术:多进程、分布式计算、GPU加速。

    • 适用场景:计算密集型任务(如大数据处理、机器学习训练)。

    • 挑战:需解决负载均衡、数据一致性等问题 。

常见误区澄清#

  • 误区:并发一定比并行快。
    澄清:并发通过避免资源闲置提升效率,而并行通过增加资源缩短时间。例如,单核上多线程并发可能因切换开销降低效率,但多核并行可显著加速计算 。

总结#

理解并发与并行的核心在于:

  • 并发是“交替做多件事”(宏观同时,微观串行)。

  • 并行是“同时做多件事”(物理同步执行)。
    实际应用中,二者常结合使用(如多线程并发 + 多核并行)以最大化性能 。