并发和并行之间的区别是什么?
当前回答
我将提供一个与这里的一些流行答案有点冲突的答案。在我看来,并发是一个包含并行性的通用术语。并发适用于不同任务或工作单元在时间上重叠的任何情况。并行性更具体地适用于在同一物理时间评估/执行不同工作单元的情况。并行性存在的原因是加速了可以从多个物理计算资源中受益的软件。适用于并发的另一个主要概念是交互性。当从外部世界可以观察到任务的重叠时,互动性适用。交互性存在的原因是使软件能够响应真实世界的实体,如用户、网络对等体、硬件外围设备等。
并行性和交互性几乎完全独立于并发性。对于一个特定的项目,开发人员可能会关心其中之一,或者两者都不关心。它们往往会被混淆,尤其是因为线程这一令人厌恶的东西给了一个相当方便的原语来实现两者。
关于并行性的更多细节:
并行性存在于非常小的规模(例如处理器中的指令级并行性)、中等规模(例如多核处理器)和大型规模(例如高性能计算集群)。近年来,由于多核处理器的发展,软件开发人员暴露更多线程级并行性的压力越来越大。平行性与依赖性密切相关。依赖性限制了并行性的实现程度;如果一个任务依赖于另一个任务,则两个任务不能并行执行(忽略推测)。
程序员可以使用许多模式和框架来表达并行性:管道、任务池、数据结构上的聚合操作(“并行数组”)。
关于互动性的更多细节:
最基本和最常见的交互方式是使用事件(即事件循环和处理程序/回调)。对于简单的任务,事件是很好的。尝试使用事件执行更复杂的任务会导致堆栈撕裂(也称为回调地狱;也称为控制反转)。当你厌倦了事件时,你可以尝试更奇特的东西,比如生成器、协程(又称Async/Await)或合作线程。
出于对可靠软件的热爱,如果你想要的是交互性,请不要使用线程。
曲线几何非线性
我不喜欢Rob Pike的“并发不是并行;它更好”口号。并发既不比并行好,也不比并行差。并发性包括交互性,不能以更好/更差的方式与并行性进行比较。这就像说“控制流比数据更好”。
其他回答
在我看来,理解这两者最简单、最优雅的方式是这样的。并发允许交错执行,因此会产生并行的错觉。例如,这意味着并发系统可以在您用Word编写文档的同时运行Youtube视频。底层操作系统是一个并发系统,使这些任务能够交错执行。由于计算机执行指令的速度如此之快,这就给人一种同时做两件事的感觉。
平行性是指这样的事情实际上是平行的。在上面的示例中,您可能会发现视频处理代码在一个内核上执行,而Word应用程序在另一个内核中运行。注意,这意味着并发程序也可以并行!使用线程和进程构建应用程序,使程序能够利用底层硬件,并可能并行完成。
那为什么不让一切都平行呢?一个原因是因为并发是一种结构化程序的方式,是一种促进关注点分离的设计决策,而并行常常以性能的名义使用。另一个问题是,有些事情根本上无法完全并行完成。这方面的一个例子是在队列的后面添加两件事——不能同时插入这两件事。一定要有东西在前面,另一个在后面,否则你会把队伍弄得一团糟。虽然我们可以交错这种执行(因此我们得到了一个并发队列),但不能让它并行。
希望这有帮助!
“并发”是指同时做任何事情。它们可能是不同的东西,也可能是相同的东西。尽管缺乏公认的答案,但这并不是关于“看起来是在同一时间”,而是真的在同一个时间。您需要多个CPU内核,或者在一个主机内使用共享内存,或者在不同主机上使用分布式内存,以运行并发代码。例如,同时并发运行的3个不同任务的流水线:Task-level-2必须等待Task-level-1完成的单元,而Task-level-3必须等待Task-level-2完成的工作单元。另一个例子是1-生产者与1-消费者的并发;或许多生产者和1-消费者;读者和作家;等
“并行”是指同时做相同的事情。它是并发的,但更重要的是,它是在同一时间发生的相同行为,最典型的是在不同的数据上。矩阵代数通常可以并行化,因为您有重复运行的相同操作:例如,可以使用相同的行为(和)在不同的列上同时计算矩阵的列和。在可用的处理器核之间划分(拆分)列是一种常见的策略,这样每个处理器核处理的工作量(列数)就接近相同。另一种拆分工作的方法是一袋一袋的任务,完成工作的员工会回到经理那里,经理会将工作分配出去,并动态地分配更多的工作,直到所有工作都完成。票务算法是另一种。
不仅仅是数字代码可以并行化。文件太频繁可以并行处理。在自然语言处理应用程序中,对于数百万个文档文件中的每一个,您可能需要计算文档中标记的数量。这是并行的,因为您正在计算每个文件的令牌,这是相同的行为。
换句话说,并行是指同时执行相同的行为。并发意味着同时,但不一定是相同的行为。并行是一种特殊类型的并发,在同一时间发生相同的事情。
例如,术语将包括原子指令、关键部分、互斥、旋转等待、信号量、监视器、屏障、消息传递、map reduce、心跳、铃声、票务算法、线程、MPI、OpenMP。
格雷戈里·安德鲁斯(Gregory Andrews)的著作是关于多线程、并行和分布式编程的顶级教科书。
我认为在这个问题上有两种不同的观点导致了混淆:程序员的观点(并发/并行编程)与计算机/操作系统的观点(并行/并行执行)。
这里回答了计算机的观点。
程序员的观点:
并发编程:程序员编写代码时知道代码将由多个线程执行,无论出于何种原因。原因可能是:在等待I/O时更好地利用CPU,通过不同线程处理Web请求,通过在独立于主线程的线程中运行计算,运行周期性后台任务,使GUI做出响应。程序员必须应用互斥构造、锁定/解锁、等待条件/信号、处理死锁等。多个线程可以在单个处理器/内核上运行(从计算机的角度来看是并发的),也可以在多个内核上运行。
并行编程:程序员知道程序将在具有多个处理器/内核的计算机上运行,并希望利用多个内核。程序员将CPU密集型计算划分为多个子任务,在一个线程中运行每个子任务,一旦线程完成,其结果将合并为总结果(分而治之)。例如,将一些矩阵处理代码划分为并行处理矩阵部分的任务。每个核心将使用子任务执行一个线程(如果线程数大于内核数,则同时执行多个线程)。程序员也必须在这里应用并发的编程构造,但她也关注将任务划分为子任务并合并结果。例如,在Java中,程序员可以使用ParallelStreams来分割数据并自动合并结果。如果程序员知道程序将在单核处理器上执行,那么将CPU密集型任务拆分为多个线程是没有好处的。摘自Doug Leah的《Java并发编程:设计原则和模式》,1999年第2版,第343页:
并行程序专门设计为利用多个CPU来解决计算密集型问题。
我非常喜欢Paul Butcher对这个问题的回答(他是《七周内的七个并发模型》的作者):
虽然它们经常被混淆,但并行性和并发性是不同的事情。并发性是问题域的一个方面代码需要同时处理多个(或接近同时)事件。相反,并行性是解决方案的一个方面您希望通过处理使程序运行更快的域并行处理问题的不同部分。有些方法是适用于并发,有些适用于并行,有些则适用于两者。了解您面临的问题,并选择合适的工具工作
简单地说,并发就是同时处理很多事情。
“处理”一词用粗体显示了并发和并行之间的区别。同时处理许多事情意味着同时完成许多事情,但它们是否同时执行并不重要。另一方面,并行意味着同时做很多事情(同时执行)。因此,可以使用一个或多个处理资源来实现并发上下文。使用一个处理资源同时处理许多事情意味着通过在任务之间进行上下文切换,可以同时执行许多事情。另一方面,具有许多处理资源的并发上下文意味着进行并行处理。这意味着我们通过并行来实现并发,但反之亦然。
在我的文章中,您可能想了解更多关于并发性和并行性及其与当今技术的关系。