示例说明多线程的两组概念:串行VS并行 和 并发VS顺发

2023-11-24 19:20

本文主要是介绍示例说明多线程的两组概念:串行VS并行 和 并发VS顺发,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

前言

顺发(Sequential)、并发(Concurrent)、串行(Serial)和并行(Parallel)都是多线程任务中的重要概念。由于多线程的复杂性,所以需要使用者有对这些概念有清晰尝试的认识。然而目前网上大量的文章描述的解释大多不是很清楚,甚至还有一些的解释或示例是错误的。因此,本文就这几个概述概念通过具体的实例进行解释。

顺发VS并发

顺发 (Sequential)

小李要参加一个会议,于是出门前先洗澡打扮,再开车到现场,参加了这个会议。我们发现有这几件事是顺序进行的:

洗澡 --> 打扮 --> 开车 --> 参会

这个过程有以下特点:

  1. 每件事情是按时间顺序发生;
  2. 任何两件事情都是独立的;
  3. 所有的事情均由同一个人完成。

所以,顺发的概念在多任务处理中,对应的就是1个处理器的核心,按顺序一件一件处理任务,即在任务执行时,只有当前任务完成才会开始下个任务

顺便,再以这个示例说一下并行:就在小李准备开会的过程中,会议的相关人员实际上已经开始工作了,比如:

小李:洗澡 --> 打扮 --> 开车 --> 参会 
主持人:准备会议进程 --> 主持会议
工作人员A:部署现场 --> 配合会议 --> 收拾会场
报告人:准备PPT --> 做报告 --> 问讨论

这个过程有以下特点:

  • 每个人都在顺发地执行自己的任务。
  • 任意两人都是完全同时可以做各自的任务。

所以,并行的概述也很清楚,即处理器的多个核心,同时独立地各自完成不同的任务。

并发 (Concurrent)

我们再举三个例:洗澡,来电话,吃东西,对于这三件事。A和B两人有不同的方式:
A:先洗澡,再打电话,最后吃东西
B:边洗澡,边打电话,边吃东西。

A就是顺发,即每件任务都是顺序发生,在一个任务没完成前,不开始另一个任务。这样在处理任务时就会发生阻塞,即另一任务的开始需要等等当前任务的结束。

而B则是并发方式,即可以在当前任务进行中时,随时切换到另一任务,如在吃东西的时候不能说话,但是吃完一口后,就切换到打电话的任务中,从而保证电话任务的正常运行;而在听电话,不吃东西的时候,又可以洗澡。总之,并发是多件任务看上去是同时在进行,实际上仍然是单个处理器在处理,只不过可以在多个任务中不断切换,从而能够有效避免阻塞。

由于任务切换是耗时的操作,所以在总任务量不变的情况下,并发的速度肯定没有顺发快。不过现代计算机发展非常快,任务切换的耗损已经基本可以忽略不计,所以并发的性能与顺发基本相同。所以两个任务顺序执行的话,先开始的任务一定会比后开始的先完成,而并发执行则不一定。

再附一张Erlang 之父 Joe Armstrong画的一张并发与并行原理示意图。
在这里插入图片描述

串行VS并行

一个项目的实现过程,基本就包括了串行和并行的内容。

串行 (Serial)

一个项目通常需要 设计、开发、测试和上线几个步骤,这几个过程肯定是串行的,即:

开始--->设计(10人天) --> 开发(200人天) --> 测试(20人天) -->结束

这三个过程是串行的,即如字面意思一样,可以串成一串来执行,不能同时进行。

并行 (Parallel)

在上面的示例中,虽然三个过程是串行的,但是开发过程本身是可以并行的。比如:

人员分配与任务安排 1天
开发人员1 40天
项目整合 2天
开发人员2 40天
开发人员3 40天
开发人员4 40天
开发人员5 40天

这样除了项目开始的规划用1天和项目整合用2天,这样200人天的工作5个开发人员40天完成,总用时是43天。

小结

最后用几个示例再总结一下四个概念:

  • 小李洗澡完了,再打电话,最后吃东西,这是串行顺发
  • 小李一边洗澡,一边打电话,一边吃东西,这是串行并发,需要指出的是这里的串行的并不是这三个任务,而这三个任务切片后的子任务的串行,即洗澡切片1 -->吃东西切片1--> 打电话切片1 --> 吃东西切片2 --> ...
  • 小李一边洗澡,一边吃东西,而同时小张帮小李打了电话,属于并行

所以,顺发和并发都是单核心的情况,而串行和并行是关于使用CPU核心数量问题:串心是单核心,而并行用了多核心。

最后,再补充一组概述:同步VS异步,强调的是方法调用,以下来自[2]

同步和异步通常用来形容方法的调用方式:

  • 同步方法一旦开始,调用者必须等待方法执行完成,才能继续执行后续方法。
  • 异步方法一旦开始,立即返回,调用者无需等待其中方法执行完成,就可以继续执行后续方法。
    通常我们写的方法都是同步方法,方法间执行都是串行化的,在一个线程内运行。
    举一个例子:
    你和朋友去吃饭,你们到达饭店,点了一桌满汉全席。由于你们饿的不行,就在饭店等待厨师做好菜,等菜上桌。你和你的朋友吃完饭,付了钱,舒舒服服的去商场购物了,一次饭局就结束了。这就是同步调用。
    如今,我们正处在互联网时代,当你们饿的时候,就打开饿了么,点了一桌满汉全席,支付了餐费,这时你就完成了点菜。商家接到了你的订单之后,就会马上开始安排(毕竟顾客就是上帝嘛)。现在你们无须默默等待,以免被饿所折磨,于是你们打开了京东,开始了新的购物。当饿了么小哥饭菜送到时,一签单就完事了,并且你们也完成了购物。这就是异步调用。

参考:
[1] 并发(concurrent)、并行(parallel)、顺序(sequential)、串行(serial)是什么 区别, https://blog.csdn.net/u013288190/article/details/114257211
[2] 同步和异步, https://blog.csdn.net/p_programmer/article/details/80878404

这篇关于示例说明多线程的两组概念:串行VS并行 和 并发VS顺发的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/422432

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