一文读懂并发与并行 java并发编程并行多线程后端

作者: 雅各布·詹科夫
原文: http://tutorials.jenkov.com/j...
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更新: 2022-02-23

并发性和并行性通常用于与多线程程序相关的，最早并发性和并行性似乎指的是相同的概念，但其实并发和并行实际上有不同的含义。在这个并发与并行教程中，我将解释这些概念的含义。
为了清楚起见，在本文中，我讨论在单个应用程序（单个进程）中的并发性和并行性。不在多个应用程序、进程或计算机之间。
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什么是并发并发是指在一个应用程序中同时存在多个任务在执行，同时刻或者说看起来是同一时刻（并发）。
如果计算机只有一个CPU，应用程序可能不会在同一时间完成多个任务，但在应用程序内部一次完成多个任务。要同时在多个任务上取得进展，CPU会在执行期间在不同的任务之间切换。如下图所示：

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什么是并行执行并行执行是指计算机具有多个 CPU 或 CPU 内核，并同时在多个任务上取得进展。但是，并行执行并不是指与并行性相同的现象。稍后我将回到并行性。并行执行如下图所示：

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并行并发执行可以进行并行并发执行，其中线程分布在多个 CPU 中。因此，在同一个 CPU 上执行的线程是并发执行的，而在不同 CPU 上执行的线程是并行执行的。下图说明了并行并发执行。

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理解并行性并行性意味着一个应用程序将其任务拆分成更小的子任务，这些子任务可以并行处理，例如在多个CPU上同时处理。因此，并行性并不是指与并行执行相同的执行模型，即使它们表面上看起来很相似。
为了实现真正的并行性，您的应用程序必须运行多个线程，每个线程必须在单独的 CPU/CPU 内核/显卡 GPU 内核或类似内核上运行。
下图显示了一个更大的任务，它被分为4个子任务。这4个子任务由4个不同的线程执行，它们运行在2个不同的CPU上。这意味着，这些子任务的部分是并行执行的（在同一CPU上执行的），而部分是并行执行的（在不同CPU上执行的）。

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如果这4个子任务由4个线程在各自的CPU上执行（总共4个CPU），那么任务的执行将是完全并行的。然而，要将一个任务分解成与可用CPU数量一样多的子任务并不总是那么容易。通常，将一个任务分解为多个子任务更容易，这些子任务与手头的任务自然匹配，然后让线程调度器负责在可用CPU之间分配线程。
并发和并行组合综上所述，并发性指的是多个任务在单个CPU上看似同时取得进展。
另一方面，并行性与应用程序如何并行执行单个任务有关，通常是通过将任务拆分为可以并行完成的子任务。
这两种执行方式可以在同一个应用程序中组合。我将在下面介绍其中一些组合。
并发，非并行
应用程序可以是并发的，但不能是并行的。这意味着它似乎同时（同时）在多个任务上取得进展，但应用程序会在每个任务上取得进展之间切换，直到任务完成。在并行线程/CPU中没有真正的任务并行执行。
并行，不并发
应用程序也可以是并行的，但不能是并发的。这意味着应用程序一次只能处理一个任务，而这个任务被分解成可以并行处理的子任务。但是，每个任务（+子任务）都是在下一个任务被拆分并并行执行之前完成的。
既不并发也不并行
此外，应用程序既不能是并发的，也不能是并行的。这意味着它一次只能处理一个任务，而且任务永远不会分解为并行执行的子任务。小型命令行应用程序可能就是这种情况，因为它只有一个作业，太小了，无法并行化。
并发且并行
最后，应用程序还可以通过两种方式同时并发和并行：
【一文读懂并发与并行】第一种是简单的并行执行。如果应用程序启动多个线程，然后在多个CPU上执行，就会发生这种情况。
第二种方式是应用程序同时处理多个任务，并将每个任务分解为子任务，同时以并行的方式执行。但是在这种情况下，并发和并行的一些性能优势可能会丢失，因为计算机中的 CPU 基于在频繁于并发或并行处理。所以并发且并行，可能只会带来微小的性能提升甚至可能是性能损失。因此，除非有特殊目的并且已经提前进行了充分分析和测量，否则不建议采用并发并行模型。
（本篇完）