并发和并行的区别是什么?

一则或许对你有用的小广告

欢迎 加入小哈的星球 ,你将获得: 专属的项目实战(已更新的所有项目都能学习) / 1v1 提问 / Java 学习路线 / 学习打卡 / 每月赠书 / 社群讨论

  • 新开坑项目: 《Spring AI 项目实战(问答机器人、RAG 增强检索、联网搜索)》 正在持续爆肝中,基于 Spring AI + Spring Boot3.x + JDK 21...点击查看;
  • 《从零手撸:仿小红书(微服务架构)》 已完结,基于 Spring Cloud Alibaba + Spring Boot3.x + JDK 17...点击查看项目介绍; 演示链接: http://116.62.199.48:7070/;
  • 《从零手撸:前后端分离博客项目(全栈开发)》 2 期已完结,演示链接: http://116.62.199.48/

面试考察点

面试官提出这个问题,主要想考察以下几点:

  1. 对基本概念的清晰理解:能否准确、简洁地说出并发和并行的定义。
  2. 对多线程编程核心思想的把握:不仅仅是背定义,更是想知道你是否理解这两种模式在程序设计、问题拆解和性能优化上的不同思路。
  3. 联系实际场景的能力:能否结合具体的硬件(如多核CPU)、编程模型(如线程、ForkJoinPool)和典型业务场景,说明它们各自的应用。

核心答案

并发和并行是两种相关但截然不同的多任务处理思想。

  • 并发:指系统具备同时处理多个任务的能力。这些任务在宏观上看起来是同时推进的,但在单个 CPU 核心上,是通过时间片轮转等调度技术快速交替执行来实现的,本质上并非同一时刻运行。它关注的是程序的结构设计与逻辑正确性
  • 并行:指系统在同一时刻真正同时执行多个任务。这要求有多个计算单元(如多核 CPU),每个核心在同一时刻各自执行一个任务。它关注的是利用更多资源来提升任务的执行速度和系统的吞吐量

简而言之:并发是关于 “结构” 的,是一种设计模式;并行是关于 “执行” 的,是一种计算状态。

深度解析

原理/机制

  • 并发:其核心在于 “任务切换”。即使只有一个 CPU,操作系统也可以通过分时技术,让一个任务执行一小段时间(时间片)后切换到另一个任务。由于切换速度极快,用户感觉多个任务在同时进行。其关键在于处理资源的高效共享与任务的合理调度
  • 并行:其基础是 “硬件多路”。必须拥有多个物理执行单元(CPU 核心、GPU 流处理器等)。操作系统或运行时环境(如JVM)可以将不同的线程或进程分配到不同的核心上,实现物理层面的同时计算。

一个生动的比喻是厨房做饭

  • 并发:一个厨师(单核CPU)同时处理煮饭、炒菜、切水果三件事。他不可能在同一秒内完成所有动作,但他可以在饭煮沸前先切菜,在焖炒时准备水果,通过合理安排顺序和快速切换,高效完成一餐。

  • 并行:三个厨师(多核CPU)一起下厨,每人负责一道菜,他们是在同一时刻真正在同时工作的。

代码示例与对比分析:在 Java 中,我们常常同时使用这两种技术。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.stream.IntStream;

public class ConcurrencyVsParallelismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // **示例1:并发(Concurrency)**
        // 使用一个固定大小为2的线程池来处理10个任务。
        // 这10个任务被提交到池中,由2个线程“并发”地处理。
        // 宏观上10个任务在同时推进,但微观上任意时刻最多只有2个任务在执行。
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int taskId = i;
            executorService.submit(() -> {
                System.out.println("并发任务-" + taskId + " 运行在: " + Thread.currentThread().getName());
                // 模拟任务处理时间
                try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            });
        }
        executorService.shutdown();

        // **示例2:并行(Parallelism)**
        // 使用Java 8的并行流。如果机器有4个可用CPU核心,
        // 下面的计算可能会被拆分成4个子任务,在4个核心上**并行**执行。
        // “parallel()”这个操作就是明确请求进行并行计算。
        long sum = IntStream.rangeClosed(1, 1_000_000)
                            .parallel() // 关键调用,开启并行模式
                            .map(x -> x * x)
                            .sum();
        System.out.println("并行计算总和: " + sum);
    }
}

最佳实践与常见误区

  • 关系:并行是并发的一种理想特例(硬件条件满足时)。一个设计良好的并发程序,在有多核环境的支持下,可以很容易地获得并行执行的能力。
  • 适用场景
    • 并发编程主要解决 I/O 密集型需要快速响应 的问题(如 Web 服务器、GUI 应用),其瓶颈通常在等待 I/O(网络、磁盘),利用并发可以在等待时执行其他任务。
    • 并行计算主要解决 计算密集型 问题(如大规模数据处理、科学计算),旨在将一个大任务分解,利用多核资源缩短总体计算时间。
  • 常见误区
    1. 混淆概念:认为 “多线程就是并行”。这是最常见的误解。在单核 CPU 上运行多线程程序,那是并发,不是并行。
    2. 盲目并行:并非所有任务都适合并行。如果任务分解和结果合并的开销(通信、同步)大于并行带来的收益,或者任务间存在严重的数据竞争和依赖,并行反而会降低性能,甚至带来复杂的并发安全问题。

总结

并发是程序设计的一种思想,旨在构建能同时应对多任务的系统;并行是程序运行时的一种状态,依赖于多核硬件实现真正的同步执行。理解它们的区别,是设计高效、正确多线程程序的基础。