如何向纯洁的女朋友解释并发与并行的区别？

程序人生 2019-11-27

以下文章来源于云原生实验室，作者米开朗基杨

作者 | 米开朗基杨

本文经授权转载自云原生实验室（ID：cloud_native_yang）

现在我们都说设计可并行、高并发的程序，而且我们很多时候会在潜意识里觉得自己对并行（Parallelism）和并发（Concurrency）的区别很清楚，但如果要明确的说出二者的区别，又感觉没办法给出一个非常清晰的描述。那么什么是并发？什么又是并行呢？并行的概念比较简单，并行总是和执行（executions）相关，很多东西同时执行就是并行；而并发则是通过一些方式组织你的程序，让它可以分成多个模块去独立的执行。并行必然是需要多核的，一个处理器是无法并行的；但并发和处理器并没有什么必然联系，在一个处理器上面，我们的程序也可以是并发的。举个简单的例子，华罗庚泡茶，必须有烧水、洗杯子、拿茶叶等步骤。现在我们想尽快做完这件事，也就是“一共要处理很多事情”，有很多方法可以实现并发，例如请多个人同时做，这就是并行。并行是实现并发的一种方式，但不是唯一的方式。我们一个人也可以实现并发，例如先烧水、然后不用等水烧开就去洗杯子，所以通过调整程序运行方式也可以实现并发。如果你觉得以上的讲解还是太抽象了，下面通过一个小故事来讲解，故事原型来自 Go 语言创始人之一 Rob Pike 的一篇演讲。故事的开始有一个需求：有一群地鼠要把一堆废弃的说明书用小推车推到火炉去烧毁。刚开始只有一只地鼠，使用一辆推车，将书装到车上，运输到火炉旁，将书卸到火炉。完成任务必然需要比较长的时间。

此时如果再增加一只地鼠，那也没什么用，因为一只地鼠在干活，另一只地鼠只能等待。（当然有人说两只地鼠轮流使用一辆推车，这样可以让地鼠得到休息，这样它们干活更快，也可以提高效率。）

再找一辆推车来，两只地鼠分别使用各自的推车，将书装到车上，运输到火炉旁，将书卸到火炉。这样会提高运输效率，但它们会在装书和卸书时进行排队，降低了效率。

这样虽然比之前快了，但还是有瓶颈的。因为书只有一堆，火炉也只有一个，所以我们还必须通过消息来协调两只地鼠的行动。好吧，那我们再把书分成两堆，再增加一个火炉。

这样就比之前的效率高差不多一倍了。现在这个模型就是并发的，因为两只地鼠可以独立完成一件事了，这样提高了运输效率，而且在装书和卸书时不会进行排队，提高了装卸的效率。但这个模型不一定是并行的，比如同一时刻可能只有一只地鼠在干活。上面就是第一种并发模型，我们还可以设计更多的并发模型，继续看漫画。这次找了 3 只地鼠，一只负责把书装到车上，一只负责运输，一只负责把书卸到火炉焚烧。每只地鼠做一个独立的任务，当然三只地鼠之间需要使用一些诸如消息通信之类的手段进行协调。

装书和烧书的两只地鼠都很轻松，负责运输的这只地鼠却很累，系统出现了瓶颈。那我们再找一只地鼠来，专门负责运回空推车。

我们在一个已有的设计（指三个地鼠的那个设计）中添加一个并发的步骤（第四只地鼠）增强了系统的性能。这样一来，两只地鼠去搞运输，如果协调的好，理论情况下工作效率将是一只地鼠的 4 倍。总共有 4 个并发的步骤：

把书装到车上；
把推车运到火炉旁；
把书卸到火炉里；
运回空推车。

可以再增加一个分组，将这个并发模型并行化。

下面我们再来看另外一种并发模型。负责运输的地鼠抱怨说运输路程太长，那我们就增加一个中转站。

然后再增加一个分组，将这个并发模型并行化，两个分组并行执行。

可以把上面的并发模型再改进一下。增加中转站的同时，再增加两只地鼠，一只负责将从书堆运过来的书卸到中转站，另一只负责将书从中转站装到推车里，再让后面的地鼠运输到火炉旁。

然后再增加一个分组，将这个并发模型并行化。

漫画到这里就结束了，总共介绍了三种并发模型，每种模型都可以很容易地并行化。可以看到上面的并发模型每改进一次，其实就是将任务拆的更细了，一旦分解了问题，并发就自然而然产生了，每个人只专注于一个任务。回到程序中，书就代表着数据，地鼠就是 CPU，而车可能就是序列化、反序列化、网络等设施，火炉就是代理、浏览器或其他的消费者。而上面的并发模型就是一个可扩展的 Web Service。该演讲题目为《Concurrency is not Parallelism》，原文链接：