并发与并行

一：引言

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，但如果要明确地说出二者的区别，又感觉没办法给出一个非常清晰的描述。

1.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地执行。

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。

2.举个栗子

举个简单的例子，我想要泡茶，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。

二：故事模型

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。

1.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。

2.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。

（当然也有人会说：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。）

3.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。

4.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。

5.这次找了 三只地鼠，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。

6.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，如果协调得好，理论情况下工作效率将是一只地鼠的 4 倍。

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总共有 4 个并发的步骤：

1. 把书装到车上；
2. 把推车运到火炉旁；
3. 把书卸到火炉里；
4. 运回空推车。

7.可以再增加一个分组，将这个并发模型并行化。

8.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。

9.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。

10.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。

11.然后再增加一个分组，将这个并发模型并行化。

12.final

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，其实就是将任务拆得更细了，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。