并发(Concurrency)和并行(Parallelism)是计算机科学中常常被混淆的两个概念,虽然它们之间有些相似,但在本质上存在区别。
1. 并发(Concurrency)
并发是指多个任务在同一时间段内被处理,但不一定是同时执行的。并发的核心是处理多个任务的能力,无论这些任务是按顺序执行,还是交替执行。换句话说,并发是让计算机在多个任务之间快速切换,目的是提高系统的响应能力。
- 并发通常发生在单核或多核处理器中,其中任务是交替执行的。即使是一个单核处理器,它也能通过快速切换任务,使得用户感受到“并发”的效果。
- 在并发系统中,操作系统通过调度算法管理线程的执行,使得多个任务看起来像是同时在执行,尽管它们实际上是依次执行的。
并发的关键点:
- 任务可以在同一时间段内执行,但并不需要真正同时执行。
- 通过切换上下文(如线程调度)来实现并发。
- 并发不一定要求多核处理器。
2. 并行(Parallelism)
并行是指多个任务在同一时间真正同时执行。并行的核心是在多个处理器核心(CPU cores)上同时执行多个任务,以提高计算效率。
- 并行通常依赖于多核处理器或多个处理器,在每个核心上同时执行不同的任务。每个任务或其部分在不同的处理器或核心上并行执行,从而实现加速。
- 并行是一种特殊的并发,它不仅仅是任务之间的切换,而是多个任务同时进行。
并行的关键点:
- 任务真正同时执行。
- 通常依赖多核处理器或多个处理器。
- 适用于需要大量计算的任务,可以大幅提高处理速度。
3. 并发与并行的区别
特性 | 并发(Concurrency) | 并行(Parallelism) |
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定义 | 同一时间处理多个任务,任务可能交替执行 | 多个任务在同一时刻真正并行执行 |
执行方式 | 在单核或多核处理器上通过快速切换任务实现 | 在多核处理器或多个处理器上,任务同时执行 |
目标 | 提高程序的响应性和吞吐量,处理多个任务 | 提高计算效率,减少执行时间 |
依赖硬件 | 不一定需要多核处理器,可在单核处理器上实现 | 需要多核处理器或多个处理器进行并行计算 |
例子 | 操作系统调度多个程序的执行,Web服务器处理多个用户请求 | 分布式计算,图像处理中的大规模数据并行处理 |
4. 简单类比
- 并发:你有多个任务(如做饭、洗衣、擦桌子),虽然你一次只能做一件事,但你可以快速切换在这些任务之间,使得看起来你能同时做这些事情。
- 并行:你有多个任务(如做饭、洗衣、擦桌子),你和你的朋友们每个人做一项任务,大家同时工作,这样所有任务都能同时完成。
5. 实际应用
- 并发:操作系统调度任务,Web服务器同时处理多个用户请求。
- 并行:科学计算、大数据处理、图像处理等需要大量计算资源的应用,通过多核处理器或分布式计算来实现并行处理。