并发编程是什么，和并行有什么区别？（新手必看）

并发编程是允许多个任务同时进行而不是顺序执行的一种编程技术。它涉及操作系统、编程语言、软件开发等多方面内容。

并发编程的作用是让程序能够更有效地使用计算资源，特别是在多个 CPU 的系统上，它也用于处理同时发生的多个任务或请求。

假设我们正在为一家金融公司开发一个实时股票价格分析系统。该系统需要实时跟踪数百只股票的价格变动，并且对价格变化进行快速分析，从而为交易员提供买卖股票的决策支持。该系统的关键要求是低延迟，因为股市价格波动迅速，高延迟可能导致巨大的财务损失。

如果该系统串行处理每只股票的价格变动和分析，就会导致巨大的延迟，因为这样的系统会在处理完一只股票的所有价格变动和分析后才能开始处理下一只的。在高峰时段，价格变动的速度可能会超过系统处理的速度，导致数据堆积和过时。

如果采用并发编程，可以为每只或每组股票分配一个独立的处理线程或者使用事件驱动模型来处理股票的价格变动。每个线程可以独立地跟踪和分析一只或一组股票的价格变动，从而减少数据处理的延迟。使用并发队列来管理价格变动相关的事件，可以确保每只股票的价格变动都能够尽快地被处理。

使用并发编程有以下几个优点：

• 性能提升：并发编程可以显著提升应用程序在多个 CPU 上的性能，通过并行处理可以同时执行多个操作，相比串行处理能更快完成任务集合；
• 资源利用最大化：程序在并发执行时，可以更充分地利用 CPU 和其他资源，因为当一部分任务等待 I/O（Input/Output，输入输出）操作或被阻塞时，其他任务可以继续进行计算；
• 吞吐量增加：对于服务端应用，使用并发编程能够同时处理多个客户端请求，从而增加应用程序的吞吐量；
• 响应性增强：在用户界面程序中，即使部分任务很耗时，通过并发编程也可以保持界面的响应性，因为耗时操作可以在独立的线程或过程中执行。

当然，使用并发编程也存在以下几个缺点：

• 复杂性增加：并发代码通常比顺序执行的代码更复杂，需要更多的设计和调试时间，且难度更大；
• 存在同步问题：线程或进程间的同步（如互斥锁、信号量等）是并发编程中的一大挑战，不当的同步可能导致死锁；
• 调试困难：并发程序的调试通常比单线程程序的更加困难，因为问题可能只在特定的并发条件下才会发生，不可重现的问题更是常见；
• 性能开销较大：并发编程需要额外管理线程或进程的开销，如上下文切换和同步机制等，这些可能会抵消一些性能上的优势；
• 设计和测试的工作量较大：并发程序的设计和测试工作量通常要大于非并发程序的，因为需要考虑多种可能的执行顺序和交互情况。

使用并发编程可以提高程序的性能和响应率，充分利用计算机的多核处理能力。并发编程可以让程序在同时处理多个任务或请求时更加高效。

然而，并发编程面临着一些问题和挑战，使用并发编程需要注意以下几点：

• 同步机制：当多个线程同时访问和修改共享数据时，可能会导致数据不一致的问题。需要使用锁、原子性操作等机制来保证数据的一致性；
• 死锁：当多个线程持有资源并且互相等待其他线程释放资源时，可能会导致死锁。需要使用合适的资源分配和竞争避免策略避免死锁的发生；
• 上下文切换：当多个线程在同一个 CPU 上进行切换时，会消耗一定的时间和资源。需要合理控制线程的数量，避免过多的线程导致过多的上下文切换，影响性能；
• 线程间通信：线程或进程之间的通信通常需要特殊的同步机制，如信号量、锁、事件等。正确实现这些同步机制是确保数据一致性和程序正确性的关键；
• 并发安全性：需要保证程序在并发环境下的正确性和安全性。避免数据竞争、死锁和其他并发相关的问题；
• 性能优化：并发编程可能会带来一些性能问题，如线程间的争用、同步开销等。需要针对具体场景进行性能优化，提高并发程序的效率和吞吐量。

综上所述，虽然并发编程可以带来很多好处，但也需要注意解决并发相关的问题和挑战。合理的并发设计和编程技巧可以帮助我们充分发挥并发编程的优势，并确保程序的正确性和性能。

我们需要深入理解并发模型，熟悉同步机制，并注意程序可能遭遇的并发相关问题和挑战。尽管存在问题和挑战，但在多个 CPU 日益普及的今天，适当地使用并发编程依然可以带来很多显著的好处。

并发编程和并行编程有什么区别

并发（Concurrency）和并行（Parallelism）这两个概念在多任务处理领域经常被对比讨论。尽管这两个术语在日常用语中有时被交替使用，但在计算机科学中，它们有着明确且不同的含义。

1) 并发

并发是指系统能够同时处理多个任务的能力。

并发的重点在于任务的处理过程，而不是执行。并发涉及同时处理多个任务的能力，但这不一定意味着这些任务实际上是在同一时刻执行的。

在单核 CPU 上，一个 CPU 可以通过任务间的快速切换，给用户一种多个任务同时执行的错觉。并发更多关注的是结构上的分解，即如何有效地组织程序以同时处理多个任务。

比如，操作系统中存在多任务处理，即使在只有一个 CPU 内核的计算机上，仍然可以同时浏览网页、播放音乐和编写文档。操作系统通过将 CPU 资源切片并分配给各个程序，使之能够并发运行，从宏观上看，这些程序似乎是在同时执行的，但是在 CPU 上它们实际上是串行执行的。

2) 并行

并行是指多个 CPU 或计算机同时执行多个任务或工作负载的能力。

并行的重点是性能，它通过同时执行多个操作，减少完成工作的总时间。并行需要使用多个 CPU 或计算机，其中每个 CPU 或计算机执行任务的不同部分。

例如，我们在使用多个 CPU 进行科学计算时，其中一个任务是计算一个大型数据集中所有元素的总和，那么这个任务可以被分割成更小的部分，每个部分分配给一个 CPU，多个 CPU 同时计算。随后，所有 CPU 的计算结果被汇总以获得最终总和，这种方式显著减少了完成计算所需的总时间。

3) 并发编程和并行编程的区别

了解并发和并行的概念后，我们应该知道，并发编程和并行编程也是多线程编程的两个概念，它们在 Java 中都有应用，但各自的侧重点和使用场景有所不同。

并发编程是关于如何利用有限的 CPU 资源高效地管理和调度多个任务，这些任务可能不会真正同时执行，但通过任务间的快速切换给用户以同时执行的错觉；

并行编程是关于如何将任务分配到多个 CPU 上，以便真正同时执行，从而提高程序的运行效率。

并发和并行都是现代计算中提高效率的关键概念，它们使得程序能够更加高效地利用资源。在多个CPU的环境下，并发和并行经常一起使用，以实现最大的效率和性能。在 Java 中，这两个概念也是交织在一起的，一个并发程序可以通过在多个 CPU 上并行执行多个线程来提高性能。然而，并发编程侧重于线程之间的协调和同步，而并行编程则侧重于线程的同时执行和性能提升。