引言
并发、并行、异步、同步,这些属于之间到底有什么区别和联系,本文来解开这个谜题~
并发
并发是一个比较宽泛的概念,它单纯代表计算机能够同时执行多项任务
至于计算机怎么做到“并发”则有许多不同的形式
比如对于一个单核处理器,计算机可以通过分配时间片的方式,让一个任务执行一段时间,然后切换到另外一个任务再运行一段时间。
不同的任务会这样交替往复的一直执行下去,这个过程也被称作是进程或者线程的上下文切换(context switching)
并行
当然对于多核处理器,情况就有所不同了
我们可以在不同的核心上真正并行地执行任务,而不用通过分配时间片的方式运行,这种情况也就是我们所说的并行(parallelism)
同步&异步
至于同步和异步则是两种不同的编程模型。
同步(Synchronous)代表需要等到必须前一个任务执行完毕之后,才能进行下一个任务
因此在同步中并没有并发或者并行的概念。
而异步(Asynchronous)则代表不同的任务之间并不会相互等待
也就是说,你在执行任务A的时候,也可以同时运行任务B
一个典型实现异步的方式则是通过多线程编程,你可以创建多个线程并且启动它们
在多核的环境下,每个线程就会被分配到独立的核心上运行,实现真正的“并行”
当然如果你使用的是多核心处理器,或者设置亲和力(Affinity)强制将线程绑定到某个核心上
操作系统则会通过分配时间片的方式来执行这些线程
不过这些线程依然是在“并发”地执行
当然像某些编程语言,比如JavaScript本身是没有多线程的概念。不过通过它的函数回调(function callback)机制,我们依然能够做到单线程的“并发”
比如你可以通过fetch()同时访问多个网络资源。我们在调用fetch()函数的时候,程序并不会等待,而会直接继续执行下去。当获取到网络资源后,回调函数才会被调起。
虽然主程序和回调函数看起来是同时进行的,但它们依然是运行在同一个线程中。因此通过这种异步编程方式,我们完全能够做到单线程的“并发”,而且这不是JavaScript的专利,很多语言也都提供了原生的异步编程方式,比如C#的async Task和await、Rust的async、C++20中的co_await、Python中的asyncio等等
多线程编程&(单线程)异步编程
那么多线程编程和这种单线程的异步编程,我们应当如何选择呢?
简而言之,对于I/O密集的应用程序,比如Web应用就会经常执行网络操作、数据库访问,这类应用就非常适合使用异步编程的方式。反之如果我们使用多线程的方式,则会浪费不少的系统资源,因为每个线程的绝大多数时间都是在等待这些I/O操作,而线程自身会占用额外的内存,线程的切换也会有额外的开销,更不用说线程之间的资源竞争问题。
而多线程编程则非常适合于计算量密集的应用,比如视频图像处理,科学计算等等,它能让每一个CPU核心发挥最大的功效,而不是消耗在空闲的等待上