并发、并行、异步和同步之间的区别与联系

计算机并发(Concurrency),表示计算机能过同时进行多项任务

计算机并发方式有多种:如单核CPU分配时间片的方式,使不同的任务往复交替切换执行。该过程也叫进程或线程的上下文切换(context switching)。

但对于多核处理器,可通过任务分配多个核同时执行,即为并行(Parallelism)

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。

异步(Asynchronous),代表不同的任务之间并不会相互等待。

典型实现异步的方式:多线程编程(Multithreading)。在多核的环境下,每个线程会被分配到独立的核上运行,实现真正的“并行”。但如果使用的使单核处理器或通过设置亲和力(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,依然实在“并发”地执行。

但像某些编程语言,如Javascript是没有多线程概念的,不过通过它的 函数回调 (Function Callback)机制,我们依然能过做到单线程的并发,如通过fetch()访问多个网络资源,在调用该函数时,程序并不会等待,而是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时同时进行的,但他们依然运行在同一个线程中,因此通过这种异步编程的方式,我们完全可以做到单线程的“并发”。

很多其他语音亦有原生的异步编程的方式,如C#,Rust,C++20种的co_await等等。

多线程编程(Multi Threading) VS (单线程)异步编程(Asychronous Programming)?

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或数据库访问。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。

而多线程编程非常适合计算量密集的应用,如视频图像处理,科学计算等等。它能够让你的每一个CPU核心发挥最大的功效,而不是消耗空闲的等待上。

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