摘要：并发与并行是两个既相似而又不相同的概念：并发性，又称共行性，是指能处理多个同时性活动的能力；并行是指同时发生的两个并发事件，具有并发的含义，而并发则不一定并行，也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。

　　并行介绍

　　并行在操作系统中是指，一组程序按独立异步的速度执行，不等于时间上的重叠（同一个时刻发生）。

　　并发介绍

　　并发是指：在同一个时间段内，两个或多个程序执行，有时间上的重叠（宏观上是同时，微观上仍是顺序执行）。

　　并发的实质是一个物理CPU（也可以多个物理CPU） 在若干道程序之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。

　　操作系统并发程序执行的特点：

　　并发环境下，由于程序的封闭性被打破，出现了新的特点： ①程序与计算不再一一对应，一个程序副本可以有多个计算

　　②并发程序之间有相互制约关系，直接制约体现为一个程序需要另一个程序的计算结果，间接制约体现为多个程序竞争某一资源，如处理机、缓冲区等。

　　③并发程序在执行中是走走停停，断续推进的

　　并发和并行的作用

　　通过并发和并行能够使得应用程序可以充分利用多核以及GPU的计算能力，从而提高应用程序的性能，比如在以下几个方面中：

　　1.使用异步I/O操作可以提高应用程序的响应性。大多数的GUI应用程序都是用单个线程来控制所有UI界面的更新。UI线程不应该被占用过长时间，不然UI界面就会失去对用户的响应。

　　2.跨多线程的并行工作可以更好的利用系统的资源。具有多CPU和GPU的现代计算机，通过并行可以指数级的提高CPU计算受限的应用程序的性能。

　　3.同时执行多个I/O操作（如同时从多个网站上获取信息）可以提高总体的吞吐量（throughput），等待I/O相应的操作可以用来发起新的操作，或者是处理操作返回的结果。

　　并行和并发区别

　　区别一：

　　并发是指一个处理器同时处理多个任务。并行是指多个处理器或者是多核的处理器同时处理多个不同的任务。并发是逻辑上的同时发生（simultaneous），而并行是物理上的同时发生。

　　来个比喻：并发是一个人同时吃三个馒头，而并行是三个人同时吃三个馒头。

　　区别二：

　　并行（parallel）：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。就好像两个人各拿一把铁锨在挖坑，一小时后，每人一个大坑。所以无论从微观还是从宏观来看，二者都是一起执行的。

　　并发（concurrency）：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。这就好像两个人用同一把铁锨，轮流挖坑，一小时后，两个人各挖一个小一点的坑，要想挖两个大一点得坑，一定会用两个小时。

　　并行在多处理器系统中存在，而并发可以在单处理器和多处理器系统中都存在，并发能够在单处理器系统中存在是因为并发是并行的假象，并行要求程序能够同时执行多个操作，而并发只是要求程序假装同时执行多个操作（每个小时间片执行一个操作，多个操作快速切换执行）。

　　区别三：

　　当有多个线程在操作时，如果系统只有一个CPU，则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段，再将时间段分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状态。这种方式我们称之为并发（Concurrent）。

　　当系统有一个以上CPU时，则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行（Parallel）。

　　总结

　　总得来说并行与并发各有其特点，要说它们两者哪个更好，则因情况而定。

一、并发

1.概念

当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间段分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状。.这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

2.特点

• 对单处理器而言–多个程序在同一时间段发生

二、并行

1.概念

当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行(Parallel)。

2.特点

• 对多处理器而言–多个程序在同一时刻发生

三、并发和并行的区别和联系

计算机操作系统中把并行性和并发性明显区分开，主要是从微观的角度来说的，具体是指进程的并行性（多处理机的情况下，多个进程同时运行）和并发性（单处理机的情况下，多个进程在同一时间间隔运行的）。

• 1.并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
• 2.在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。
• 3.若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行。

在学习多线程/进程编程时，我们经常会遇到并发和并行这两个名词，它们看起来是一个概念，都是“多个线程/进程同时执行”的意思，但实际上它们是有区别的，甚至说不是一码事。

很多教材也都解释了并发和并行的区别，例如：

• 并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生，而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。
• 并行是在不同实体上的多个事件，并发是在同一实体上的多个事件。

并发（Concurrency）

早期计算机的 CPU 都是单核的，一个 CPU 在同一时间只能执行一个进程/线程，当系统中有多个进程/线程等待执行时，CPU 只能执行完一个再执行下一个。

为了表述简单，下文我们将不再区分进程和线程，而将它们统一称为“任务”。在不同的场景下，一个任务可能是进程，也可能是线程。

计算机在运行过程中，有很多指令会涉及 I/O 操作，而 I/O 操作又是相当耗时的，速度远远低于 CPU，这导致 CPU 经常处于空闲状态，只能等待 I/O 操作完成后才能继续执行后面的指令。

为了提高 CPU 利用率，减少等待时间，人们提出了一种 CPU 并发工作的理论。

所谓并发，就是通过一种算法将 CPU 资源合理地分配给多个任务，当一个任务执行 I/O 操作时，CPU 可以转而执行其它的任务，等到 I/O 操作完成以后，或者新的任务遇到 I/O 操作时，CPU 再回到原来的任务继续执行。

下图展示了两个任务并发执行的过程：
 

                                                   图1：单核 CPU 执行两个任务

虽然 CPU 在同一时刻只能执行一个任务，但是通过将 CPU 的使用权在恰当的时机分配给不同的任务，使得多个任务在视觉上看起来是一起执行的。CPU 的执行速度极快，多任务切换的时间也极短，用户根本感受不到，所以并发执行看起来才跟真的一样。

操作系统负责将有限的 CPU 资源分配给不同的任务，但是不同操作系统的分配方式不太一样，常见的有： 

• 当检测到正在执行的任务进行 I/O 操作时，就将 CPU 资源分配给其它任务。
• 将 CPU 时间平均分配给各个任务，每个任务都可以获得 CPU 的使用权。在给定的时间内，即使任务没有执行完成，也要将 CPU 资源分配给其它任务，该任务需要等待下次分配 CPU 使用权后再继续执行。

将 CPU 资源合理地分配给多个任务共同使用，有效避免了 CPU 被某个任务长期霸占的问题，极大地提升了 CPU 资源利用率。

并行（Parallelism）

并发是针对单核 CPU 提出的，而并行则是针对多核 CPU 提出的。和单核 CPU 不同，多核 CPU 真正实现了“同时执行多个任务”。

多核 CPU 内部集成了多个计算核心（Core），每个核心相当于一个简单的 CPU，如果不计较细节，你可以认为给计算机安装了多个独立的 CPU。

多核 CPU 的每个核心都可以独立地执行一个任务，而且多个核心之间不会相互干扰。在不同核心上执行的多个任务，是真正地同时运行，这种状态就叫做并行。

例如，同样是执行两个任务，双核 CPU 的工作状态如下图所示：
 

                                                     图2：双核 CPU 执行两个任务

双核 CPU 执行两个任务时，每个核心各自执行一个任务，和单核 CPU 在两个任务之间不断切换相比，它的执行效率更高。

并发+并行

在图2中，执行任务的数量恰好等于 CPU 核心的数量，是一种理想状态。但是在实际场景中，处于运行状态的任务是非常多的，尤其是电脑和手机，开机就几十个任务，而 CPU 往往只有 4 核、8 核或者 16 核，远低于任务的数量，这个时候就会同时存在并发和并行两种情况：所有核心都要并行工作，并且每个核心还要并发工作。

例如一个双核 CPU 要执行四个任务，它的工作状态如下图所示：
 

每个核心并发执行两个任务，两个核心并行的话就能执行四个任务。当然也可以一个核心执行一个任务，另一个核心并发执行三个任务，这跟操作系统的分配方式，以及每个任务的工作状态有关系。

总结

并发针对单核 CPU 而言，它指的是 CPU 交替执行不同任务的能力；并行针对多核 CPU 而言，它指的是多个核心同时执行多个任务的能力。

单核 CPU 只能并发，无法并行；换句话说，并行只可能发生在多核 CPU 中。

在多核 CPU 中，并发和并行一般都会同时存在，它们都是提高 CPU 处理任务能力的重要手段。