并发和并行的区别(新手必看)
在讨论软件设计和系统架构时,了解并发(concurrency)与并行(parallelism)之间的区别非常重要。虽然这两个术语在日常使用中经常被互换,但它们在设计原则上有着本质的不同。
并发设计的重点是正确地处理多个同时活跃的任务或进程间的交互,例如通过锁、信号量、消息队列等机制来管理共享资源的访问和避免竞态条件。并发不一定意味着这些任务在同一时刻被实际处理器同时执行,而是在逻辑上认为它们是同时进行的。
服务器处理多个客户端请求,操作系统管理多个运行的应用程序,以及单核处理器上的多任务操作都是并发的例子。
并行设计的重点是如何有效地将任务分解和分配给多个处理单元(如多核处理器、多个处理器或其他硬件资源),以最大化资源利用率和减少计算时间。这通常涉及任务的分解策略,比如数据并行处理(将数据分割成块,每块由不同的处理单元处理)和任务并行处理(不同的任务由不同的处理单元执行)。
大规模数据处理、科学计算和图形渲染等,其中的任务可明显地被分割成能同时执行的小部分,都是并行的应用场景。
并行强调“结构上的重叠”——任务在多个处理器上同时运行(tasks literally run at the same time),重点在于如何高效地在多个处理器上同时执行任务。
理解二者的区别对于开发高效、可靠、可扩展的系统至关重要。每种方法有其适用场景和特定的设计考量。
并发
并发是指系统能够处理多个任务的能力,这些任务可能是同时启动的,也可能是交替执行的。关键点在于,系统需要管理多个同时“活跃”的任务,这些任务可能会相互影响。并发设计的重点是正确地处理多个同时活跃的任务或进程间的交互,例如通过锁、信号量、消息队列等机制来管理共享资源的访问和避免竞态条件。并发不一定意味着这些任务在同一时刻被实际处理器同时执行,而是在逻辑上认为它们是同时进行的。
服务器处理多个客户端请求,操作系统管理多个运行的应用程序,以及单核处理器上的多任务操作都是并发的例子。
并行
并行是多个计算任务实际上在同一时刻被多个处理器或多核处理器实际处理。并行的核心在于同时执行任务以提高效率和速度。并行设计的重点是如何有效地将任务分解和分配给多个处理单元(如多核处理器、多个处理器或其他硬件资源),以最大化资源利用率和减少计算时间。这通常涉及任务的分解策略,比如数据并行处理(将数据分割成块,每块由不同的处理单元处理)和任务并行处理(不同的任务由不同的处理单元执行)。
大规模数据处理、科学计算和图形渲染等,其中的任务可明显地被分割成能同时执行的小部分,都是并行的应用场景。
并发和并行的关键区别
并发和并行的关键区别主要体现在以下两个方面:1) 时间与结构
并发注重“时间上的重叠”——任务启动,运行和完成时间上的重叠(tasks start, run and complete in overlapping time periods)。多个任务可以交替执行,关键在于任务的管理和交互。并行强调“结构上的重叠”——任务在多个处理器上同时运行(tasks literally run at the same time),重点在于如何高效地在多个处理器上同时执行任务。
2) 设计焦点
并发设计侧重于如何安全、有效地管理和协调多任务环境中的资源共享和任务调度,而并行设计则更侧重于性能优化,即如何扩展系统处理能力并缩短任务执行时间。理解二者的区别对于开发高效、可靠、可扩展的系统至关重要。每种方法有其适用场景和特定的设计考量。