并发不是并行！

 2025/01/07 

在现代计算机科学中，我们经常听到“并发”和“并行”这两个术语。虽然它们在某些场景中可能显得相似，但本质上有很大的区别。理解这两个概念不仅有助于我们深入掌握计算机的工作原理，也能帮助我们在实际开发中作出更好的设计决策。

本文将深入探讨并发和并行的定义、区别以及它们在实际应用中的不同场景。

什么是并发（Concurrency）？

并发是指在同一时间段内处理多个任务的能力。并发并不要求任务必须同时进行，而是任务能够在某个时间段内交替执行，系统能够有效地管理多个任务，让它们看起来像是并行执行。

并发的特点：

任务交替执行：在并发的系统中，多个任务可能会交替执行，但并不一定是同时发生的。
资源共享：并发任务通常共享有限的计算资源，任务之间的执行顺序不一定是固定的。
通常发生在单核处理器上：在单核处理器上，通过时间分片的方式来切换任务，使得每个任务在一定的时间片内得到执行，从而给人一种任务同时进行的感觉。

并发的例子：

想象一下你正在使用一个多任务的操作系统，你可能在写文档、回复邮件、浏览网页以及播放音乐。操作系统会将CPU时间分配给这些任务，每个任务在不同的时间片段内执行，看起来它们在同时进行，实际上它们是交替进行的。这就是并发。

class ConcurrencyExample
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("并发示例：");

        // 创建两个任务，并行执行
        var task1 = Task.Run(() => DoWork("任务 1"));
        var task2 = Task.Run(() => DoWork("任务 2"));

        // 等待任务完成
        Task.WhenAll(task1, task2).Wait();

        Console.WriteLine("所有任务完成");
    }

    static void DoWork(string taskName)
    {
        Console.WriteLine($"{taskName} 开始");

        // 模拟I/O密集型操作，如网络请求或文件读写
        for( int i = 0; i < 5; i++ ) {
            Console.WriteLine($"{taskName} 正在处理: {i + 1}");
            Thread.Sleep(1000);  // 模拟I/O操作
        }

        Console.WriteLine($"{taskName} 完成");
    }
}

并发示例

什么是并行（Parallelism）？

并行是指多个任务在同一时刻并行执行。为了实现并行，通常需要多核处理器或者多个处理单元。这些任务被分配到不同的处理器核心上，能够真正的在同一时刻同时运行。

并行的特点：

任务同时执行：多个任务在同一时刻并行进行，不存在时间片的切换。
需要多个处理单元：并行执行通常要求计算资源（如多个CPU核心、多个计算机节点等）支持。
任务独立性：任务之间通常是相互独立的，能够并行执行而不会互相干扰。

并行的例子：

以图像处理为例，假设你有一张大图片需要进行处理（例如滤镜、色彩调整等）。如果你的计算机有多个处理器核心，你可以将这张图片分成多个小块，每个核心同时处理不同的图像块，最终合并结果。这样，整个图像处理过程就实现了并行。

class ParallelismExample
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("并行示例：");

        // 使用 Parallel.For 并行执行多个任务
        Parallel.For(0, 5, i => {
            DoWork(i);
        });

        Console.WriteLine("所有任务完成");
    }

    static void DoWork(int taskId)
    {
        Console.WriteLine($"任务 {taskId} 开始");

        // 模拟计算密集型操作
        for( int i = 0; i < 5; i++ ) {
            Console.WriteLine($"任务 {taskId} 正在处理: {i + 1}");
        }

        Console.WriteLine($"任务 {taskId} 完成");
    }
}

并发示例

并发和并行的区别

尽管并发和并行都涉及多个任务的执行，但它们的实现方式和应用场景有很大的区别。可以通过下面两张图来对比并发和并行的区别：

并发

并行

特性	并发（Concurrency）	并行（Parallelism）
定义	多个任务在同一时间段内交替执行，可能并不同时发生	多个任务在同一时刻同时执行
任务执行	任务交替执行，可能共享资源	任务同时执行，通常有多个处理单元
资源需求	单核或多核都可以实现	需要多核或多个计算单元支持
适用场景	I/O密集型任务，如文件读取、网络请求等	计算密集型任务，如图像处理、科学计算等
实现方式	通过时间分片调度任务	通过多核或多计算节点同时执行多个任务