并发与并行之我见(concurrency vs parallelism)

引子

近来把玩了Java 8 的一些特性，如Lambda 表达式、Stream，实在过瘾，有初学编程之快感，相见恨晚之情且按下不表。

其中 Stream 有一个parallelStream()的API则着实勾起了我的好奇心，parallel（译过来是“并行”）这个词于我而言可谓陌生，在不算深入的使用和品味一番后，记以本文。本人才疏学浅，如有谬误之处，请不吝指教。

咬文嚼字

在 Android 的 Java 代码世界里并发（concurrency）这个词比较常见，而并行（parallelism）这个词则少之又少，且常常被人与前者混为一谈。实质上，这两个词是完全不同的概念。

援引Java官方的文档中定义（翻译可能不够准确，建议看原文）：

parallelism 译为并行，指至少两个线程同一时间在运行。

concurrency 译为并发，指存在至少两个线程在执行着任务。更为一般性的并行，以时间分片作为执行单元的虚拟的并行。

我的理解：

首先得跟官方文档一样明确一个词义范围，否则就没有一点“可比性”了，提到这两个词多用其程序上执行“任务”层面的含义。

并行，就是字面意思，同一时刻执行多个任务。指执行程序代码的机器的物理上的一种能力，各个任务如同平行世界般的，形式上可以是多线程乃至多进程，被多个CPU同时运作。任务之间无任何依赖关系，不互斥、不交叉。

并发，指程序逻辑上的一种能力，支持多个任务同时存在一起被处理的能力。一个任务通常被划分为一个个的时间分片，比肩接踵般轮流的、可交替切换的被一个或多个CPU所执行，即不同任务的时间分片之间会有互斥、等待，一个任务可能因为CPU资源被抢走而被中断执行。

举个简单例子，单核CPU的机器，执行多线程化处理过的Java程序，一样称该程序支持并发，但它囿于机器性能永远做不到并行。

所提的并发和并行的概念都是为了最大化的利用多核CPU的能力，从而加速程序的执行。从这点来讲，那些将两个词混为一谈的人多半为一知半解的（看到这里的你已经不是了~）。

简单示例

parallel vs serial

parallel 并行的反义词是serial 串行。

以 Java 的 stream为例：

串行流计算总和

int sum = widgets.stream()
        .filter(b -> b.getColor() == RED)
        .mapToInt(b -> b.getWeight())
        .sum();

并行流计算总和

int sumOfWeights = widgets.parallelStream()
        .filter(b -> b.getColor() == RED)
        .mapToInt(b -> b.getWeight())
        .sum();

实质上，并行流与串行流的关键区别在于“分解”二字。

分解任务

如图所示，将计算总和的任务，分解为一系列足够小的计算和任务（如只计算相邻的两个数的值），再将各个子任务执行结果合并到一起作为总结果输出，而且各个子任务可以同时被多个线程所执行。

fork/join

ps. 并行流其实是基于Fork/Join框架实现的，本文就不细说了，对F/J有兴趣的可以看官方示例。
pps. “分解”其实就是“动态规划”。

以Android 的 AsyncTask 为例：

直接调用AsyncTask.execute()其实为串行 (API >=11)，多个AsyncTask存在于一个队列被一个接一个处理

使用指定线程池执行，AsyncTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR)则为并行，多个AsyncTask可被指定线程池同时执行（取决于线程池的实现）。

Concurrent vs Sequential

Concurrent 并发（执行）的反义词是 Sequential 顺序（执行）

设有一系列任务：task1…taskN

顺序（执行）：线程将task1开始执行到taskN执行结束，task1…taskN执行是连续的。

Thread(){
    task1.run();
    task2.run();
    task3.run();
    ...
    taskN.run();
}

并发（执行）：将这系列任务提交给一组线程执行（一般为线程池），这组线程之间互相竞争CPU资源，task1…taskN 交替执行结束。

threadPool = newFixedThreadPool(8);
threadPool.submit(task1);
threadPool.submit(task2);
threadPool.submit(task3);
....
threadPool.submit(taskN);

题外话

Android上的java代码写得多了，难免有一种与世界脱轨的感觉，java即将到9，而Android上大部分还只能用1.7的部分特性（API Level 24 才可以使用java 8的部分feature），“与时俱进”是程序猿必修课，希望我还能跟上这“日新月异”的世界。

另请参见

Package java.util.stream Description

Fork and Join: Java Can Excel at Painless Parallel Programming Too!

Java Fork and Join using ForkJoinPool

Concurrency vs. Parallelism

Concurrency vs Parallelism - What is the difference?

Concurrent and Parallel Are Not The Same

https://www.zhihu.com/question/33515481

Author: Yrom

Link: https://yrom.net/blog/2017/07/26/my-view-on-concurrency-vs-parallelism/

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