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# 并发和并行
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> 并发是同一时间应对多件事情的能力 - [Rob Pike](https://baike.baidu.com/item/罗布·派克/10983505)
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并行和并发其实并不难，但是也给一些用户造成了困扰，因此我们专门开辟一个章节，用于讲清楚这两者的区别。
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`Erlang`之父[`Joe Armstrong`](https://en.wikipedia.org/wiki/Joe_Armstrong_(programmer))(伟大的异步编程先驱，开创一个时代的殿堂级计算机科学家，我还犹记得当年刚学到erlang时的震撼，respect!)用一张5岁小孩都能看到的图片解释了并发与并行的区别:
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<img alt="" src="/img/threads-01.png" class="center" />
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上图很直观的体现了：
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- 并发是多个队列使用同一个咖啡机，然后两个队列轮换着使用(未必是1:1轮换，也可能是其它轮换规则)，最终每个人都能接到咖啡
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- 并行是每个队列都拥有一个咖啡机，最终也是每个人都能接到咖啡，但是效率更高，因为同时可以有两个人在接咖啡
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当然，我们还可以对比下串行：只有一个队列且仅使用一台咖啡机，哪怕前面那个人接咖啡时突然发呆了几分钟，后面的人也只能等他结束才能继续接。可能有读者有疑问了，从图片来看，并发也存在这个问题啊，前面的人抽了几分钟不接怎么办？很简单，另外一个队列的人把他推开就行了，自己队友不能在背后开枪，但是其它队的可以:)
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在正式开始之前，先给出一个结论：**并发和并行都是对"多任务"处理的描述，其中并发是轮流处理，而并行是同时处理**。
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## CPU多核
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现在的个人计算机动辄拥有十来个核心(M1 Max/Itel 12代)，如果使用串行的方式那真是太低调了，因此我们把各种任务简单分成多个队列，每个队列都交给一个cpu核心去执行，当某个cpu核心没有任务时，它还能去其它核心的队列中偷任务(真·老黄牛)，这样就实现了并行化处理。
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#### 单核心并发
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那问题来了，在早期只有一个CPU核心时，我们的任务是怎么处理的呢？其实聪明的读者应该已经想到，是的，并发解君愁。当然，这里还得提到操作系统的多线程，正是操作系统多线程 + CPU核心，才实现了现代化的多任务操作系统。
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在OS级别，多线程负责管理我们的任务队列，你可以简单认为一个线程管理着一个任务队列，然后线程之间还能根据空闲度进行任务调度。我们的程序只会跟OS线程打交道，并不关心CPU到底有多少个核心，真正关心的只是OS，当线程把任务交给CPU核心去执行时，如果只有一个CPU核心，那么它就只能同时处理一个任务。
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相信大家都看出来了：**CPU核心**对应的是上图的咖啡机，而**多个线程的任务队列**就对应的多个排队的队列，最终受限于CPU核心数, 每次只会有一个任务被处理。
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和排队一样，假如某个任务执行时间过长，就会导致用户界面的假死(相信使用windows的同学或多或少都碰到或者假死的问题)， 那么就需要CPU的任务调度了(真实CPU和调度很复杂，我们这里做了简化)，有一个调度器会按照某些条件从队列中选择任务进行执行，并且当一个任务执行时间过长时，会强行切换该任务到后台中(或者放入任务队列，真实情况很复杂！)，去执行新的任务。
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不断这样的快速任务切换，对用户而言就实现了表面上的多任务同时处理，但是实际上最终也只有一个CPU核心在不停的工作。
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因此并发的关键在于：**快速轮换处理不同的任务**，给用户带来所有任务同时在运行的假象。
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#### 多核心并行
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当CPU核心增多到`N`时，那么同一时间就能有`N`个任务被处理，那么我们的并行度就是`N`，相应的处理效率也变成了单核心的`N`倍(实际情况并没有这么高)。
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#### 多核心并发
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当核心增多到`N`时，操作系统同时在进行的任务肯定远不止`N`个，而这些任务将被放入`M`个线程队列中，接着交给`N`个CPU核心去执行，最后实现了`M:N`的处理模型，在这种情况下，**并发跟并行时同时在发生的，所有用户任务从表面来看都在并发的运行，其实实际上，同一时刻只有`N`个任务能被同时并行的处理**。
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看到这里，相信大家已经明白两者的区别，那么我们下面给出一个正式的定义(该定义摘选自<<并发的艺术>>)。
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## 正式的定义
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如果某个系统支持两个或者多个动作的同时存在，那么这个系统就是一个并发系统。如果某个系统支持两个或者多个动作同时执行，那么这个系统就是一个并行系统。并发系统与并行系统这两个定义之间的关键差异在于**“存在”**这个词。
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在并发程序中可以同时拥有两个或者多个线程。这意味着，如果程序在单核处理器上运行，那么这两个线程将交替地换入或者换出内存。这些线程是**同时“存在”**的——每个线程都处于执行过程中的某个状态。如果程序能够并行执行，那么就一定是运行在多核处理器上。此时，程序中的每个线程都将分配到一个独立的处理器核上，因此可以同时运行。
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相信你已经能够得出结论——**“并行”概念是“并发”概念的一个子集**。也就是说，你可以编写一个拥有多个线程或者进程的并发程序，但如果没有多核处理器来执行这个程序，那么就不能以并行方式来运行代码。因此，凡是在求解单个问题时涉及多个执行流程的编程模式或者执行行为，都属于并发编程的范畴。
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## 本书的选择
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由于对于编程而言，并行度是无法控制的，我们能控制的仅仅是并发，因此出于简单性的原则，在本书中，我们将统一使用并发来描述问题，除非因为某些特定场景需要时，才进行并发和并行的区分。
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sunface
3 years ago
