论并行，并发，同步，异步之间的联系与区别

Posted 2023-04-28 SaoJian

前言

前段时间和一些网友大佬讨论异步，并发之类专业名词的区别，具体的实现，收获颇多，于是决定写下这篇博客作记录。

下面我们将其两两分类进行讨论。

并行/并发(Parallelism/Concurrency)

这里借用GPT搜索的回答

并行：并行是指在同一时刻执行多个操作。并行通常需要多个线程或进程来实现。

并发：并发是指在一段时间内执行多个操作。并发操作通常是由单个线程或进程中实现的，荣国时间片轮转等机制来实现多个操作的交替。

 如图所示。

并行是通过多核cpu的核心，创建多个线程，同时间执行多个任务。

并发是通过将cpu单个核心的使用按时间片来划分，交替给不同的任务执行，以达到同事执行多个任务的目的。

他们的相同点是，并行与并发都是为了提高系统吞吐量，响应速度，可靠性，提升cpu利用率而提出的技术。

在c#中可以使用Thread类创建线程来达到并行。

// 创建一个新线程
using System.Diagnostics;
Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(DoWork));
// 创建一个新线程
Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(DoWork));
Console.WriteLine(Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);//输出当前运行的线程数
// 启动线程
t1.Start();
Console.WriteLine(Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);//输出当前运行的线程数
t2.Start();
Console.WriteLine(Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);//输出当前运行的线程数
// 等待线程结束
t1.Join();
t2.Join();
Console.WriteLine("Main thread exiting.");
static void DoWork()

    Console.WriteLine("Worker thread started.");

    Thread.Sleep(2000);//模拟线程要执行的任务耗时2秒

    Console.WriteLine("Worker thread exiting.");

同步/异步(Synchronous/Asynchronous)

同样是借用GPT搜索的回答

同步：同步是指在执行某个操作时，必须等待该操作完成后才能继续执行下一个操作。同步操作通常是阻塞的，即在执行操作期间，程序会一直等待，知道操作完成为止。

异步：异步是指在执行某个操作时，不必等待该操作完成就可以继续执行下一步操作。异步操作通常是非阻塞的，即在执行操作其间，程序可以继续执行其他操作。

上面两句话其实非常好理解，我们借用微软官方文档做早餐的例子。假设一个人做早餐需要三步，第一步准备餐具，耗时五分钟，第二步煮咖啡，耗时十分钟，第三步烤面包，耗时十分钟。

在同步的模式下，由于线程是阻塞的，我们必须等待上一步操作完成才能继续下一步操作，那么我们的做早餐的步骤为准备餐具->煮咖啡->烤面包，总共耗时二十五分钟。

而我们知道，在现实生活中，准备完餐具之后，煮咖啡和烤面包两件事是可以同事进行的。

此时便是异步的模式，因为不会阻塞线程，程序运行至异步方法时会直接返回进行下一步操作，那么我们做早餐的步骤为准备餐具->煮咖啡，同时烤面包，总共耗时十五分钟。

在c#中，主要使用async await关键字及Task类来进行异步编程

同步代码：

var datetime1= new DateTimeOffset(DateTime.UtcNow).ToUnixTimeSeconds();//获取当前时间戳
await PrepareTableware();//准备餐具
await MakeCoffee();//煮咖啡
await Toast();//烤面包
var datetime2= new DateTimeOffset(DateTime.UtcNow).ToUnixTimeSeconds();
Console.WriteLine("任务总耗时（单位秒）:"+(datetime2-datetime1));

//准备餐具
async Task PrepareTableware()

    var obj = 1000;
    await Task.Delay(obj);//模拟准备餐具耗时


//煮咖啡
async Task MakeCoffee()

    var obj = 2000;
    await Task.Delay(obj);//模拟煮咖啡耗时


//烤面包
async Task Toast()

    var obj = 2000;
    await Task.Delay(obj);//模拟烤面包耗时

 异步代码：

var datetime1= new DateTimeOffset(DateTime.UtcNow).ToUnixTimeSeconds();//获取当前时间戳
await PrepareTableware();//准备餐具
 var task1=MakeCoffee();//煮咖啡
 var task2=Toast();//烤面包
await Task.WhenAll(task1,task2);
var datetime2= new DateTimeOffset(DateTime.UtcNow).ToUnixTimeSeconds();
Console.WriteLine("任务总耗时（单位秒）:"+(datetime2-datetime1));

//准备餐具
async Task PrepareTableware()

    var obj = 1000;
    await Task.Delay(obj);//模拟准备餐具耗时


//煮咖啡
async Task MakeCoffee()

    var obj = 2000;
    await Task.Delay(obj);//模拟煮咖啡耗时


//烤面包
async Task Toast()

    var obj = 2000;
    await Task.Delay(obj);//模拟烤面包耗时

 后话

在实际的业务开发过程中，数据库查询，文件上下传，远程请求等场景，使用异步编程能有效的提高CPU利用率，提高程序的性能。

使用并行编程，即多线程编程，尤其需要注意线程安全问题，否则一旦线程死锁，程序就会崩溃。

以上便是个人对与同步，异步，并发，并行等概念一些粗浅的理解，如果有错误，欢迎大家指出。

 

并发 并行 同步 异步 多线程 阻塞 非阻塞的区别

1. 并发(concurrency)：在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥

   • 互斥：进程间相互排斥的使用临界资源的现象，就叫互斥。

   • 同步(synchronous)：进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系，而是相互依赖的关系。进一步的说明：就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入，当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。具有同步关系的一组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。

   • 其中并发又有伪并发和真并发，伪并发是指单核处理器的并发，真并发是指多核处理器的并发。

2. 并行(parallelism)：在单处理器中多道程序设计系统中，进程被交替执行，表现出一种并发的外部特种；

   在多处理器系统中，进程不仅可以交替执行，而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。

   从而可知，并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件，具有并发的含义，但并发不一定并行，也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。

3. 多线程：多线程是程序设计的逻辑层概念，它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。

4. 异步(asynchronous)：异步和同步是相对的，同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其它的事情。

?? 异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。

5.? 阻塞：阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。

6.? 非阻塞：非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。

?

同步与异步是对应的，它们是线程之间的关系，两个线程之间要么是同步的，要么是异步的。
阻塞与非阻塞是对同一个线程来说的，在某个时刻，线程要么处于阻塞，要么处于非阻塞。
阻塞是使用同步机制的结果，非阻塞则是使用异步机制的结果。

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为了对以上概念的更好理解举一个简单例子，??假设我要做 烧开水，举杠铃100下， 洗衣服 3件事情。

烧开水 这件事情，??我要做的事情为， 准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟
举杠铃100下? ?? ???我要做的事情为,??举杠铃100下??10分钟
洗衣服? ?? ?? ?? ?我要做的事情为， 准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

单核情况下
同步的完成，我需要做的时间为 1+ 8 +1 + 10 + 1+ 5 +1 = 27 分

如果异步，就是在等的时候，我可以切换去做别的事情

准备烧开水(1) + 准备洗衣服(1) + 举50下杠铃 (5)分钟+ 关洗衣机 1分钟 + 举杠铃20下 (2)分钟+ 关烧水机 1分钟 + 举30下杠铃(3)分钟
1+1+5+1+2+1+3 =14 分钟

双核 异步 并行

核1??准备烧开水 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 等待3分钟 + 关掉烧水机 1分钟

核2??准备洗衣服 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 关掉洗衣机 1分钟 + 等待3分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

其中还有双核都等待了3分钟

双核 异步 非并行

核1??举杠铃100下(10)分钟

核2??准备烧开水 1分钟+ 准备洗衣服 1分钟+ 等待5 分钟+ + 关掉烧水机 1分钟??+ 等待 1 分钟 + 关掉洗衣机 1分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

多线程的做法
单核下

线程1??准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟
线程2??举杠铃100下??10分钟
线程3??准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

cpu 可能这么切换 最理想的切换方式

线程1??准备烧开水1??sleep??1? ?? ?? ? sleep 5? ?? ?? ?? ?sleep 1? ?? ?? ? sleep 2? ?? ?? ? 关开水 1分钟 exit
线程2? ? sleep 1? ?? ?sleep??1? ?? ?? ?? ?举杠铃50 5分钟? ? sleep 1? ?? ?? ? 举杠铃20 2分钟??sleep1? ?? ?举杠铃30下 3分钟? ?? ?
线程3? ? sleep??1? ?? ?准备洗衣服1 分钟? ? sleep 5? ?? ?? ?? ?关洗衣机1分钟? ? exit

最后使用了??14分钟??和异步是一样的。
但是实际上是不一样的，因为线程不会按照我们设想的去跑， 如果线程2 举杠铃先跑，整个流程的速度就下来了。

异步和同步的区别，??在io等待的时候，同步不会切走，浪费了时间。

如果都是独占cpu 的业务， 比如举杠铃的业务， 在单核情况下 多线和单线 没有区别。

多线程的好处，比较容易的实现了 异步切换的思想， 因为异步的程序很难写的。多线程本身程还是以同步完成，但是应该说
比效率是比不上异步的。 而且多线很容易写， 相对效率也高。

多核的好处，就是可以同时做事情， 这个和单核完全不一样的。

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转载: 小地盘

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