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深入理解计算机科学中的两个核心概念:并发与并行

作者:zvvq博客网

并发与并行:概念解析

深入理解计算机科学中的两个核心概念

 

 
核心定义差异

并发 (Concurrency)

指系统能管理多个任务在重叠时间段内交替执行,但不一定同时执行。其核心是任务处理的逻辑结构,通过上下文切换(如时间片轮转)在单个处理单元上模拟"同时执行"的假象。

例:单核CPU上运行多个线程,系统快速切换任务,用户感知为"同时运行"。



并行 (Parallelism)

指系统物理上同时执行多个任务,需依赖多个处理单元(如多核CPU、分布式节点)。其目标是提升吞吐量和计算效率。

例:多核CPU同时处理独立任务(如视频编码的不同帧)。

 

 
实现机制对比
特性 并发 并行
硬件依赖 可在单核/单CPU实现(通过时间片切换) 必须多核/多CPU/分布式系统
执行方式 任务交替推进(Interleaving) 任务真正同时执行
性能目标 减少延迟、提高响应性(如UI不阻塞) 最大化吞吐量、缩短计算时间
典型技术 线程/协程切换、异步I/O 多进程、GPU计算、MapReduce

 

 
关键区别总结

设计 vs 执行

并发是程序结构的设计模式(处理多任务的能力),并行是运行时状态(任务物理同时执行)。

Rob Pike(Go语言设计者)的经典总结:

"Concurrency is about dealing with lots of things at once. Parallelism is about doing lots of things at once."



独立性要求

并行任务通常需相互独立(无数据依赖),而并发任务可存在依赖关系(通过锁/通信协调)。



性能表现

并行因同时执行任务,速度通常快于并发(明确对比),但并发在I/O密集型场景更高效(避免CPU空转)。

 

 
应用场景示例

并发适用

  • Web服务器处理大量连接(单核切换响应请求)
  • 文本编辑器后台保存文件时用户继续输入

并行适用

  • 科学计算(如气候模拟的分区计算)
  • 大数据处理(Hadoop集群并行处理数据块)

 

 
常见误解澄清
 

"并发是并行的子集"

❌ 错误观点

✓ 正确理解: 两者正交:程序可并发但不并行(单核多线程)或并行但不并发(多核处理单一任务的分片)。

 

"多线程一定更快"

❌ 错误观点

✓ 正确理解: 线程切换有开销,并行未必总优于并发。

 

 
结论

并发是任务管理的抽象方法,解决系统响应能力;并行是资源扩展的物理手段,解决计算效率。实际系统常结合使用(如并发的多线程在并行多核上运行)。