在Java中,并发(Concurrency)和并行(Parallelism)是两个相关但不同的概念,它们都涉及在程序中同时处理多个任务,但是以不同的方式实现。
并发(Concurrency)
并发指的是多个任务在一段时间内交错执行,它们看起来像是同时发生的,但实际上它们是在不同的时间点交替执行的。在单个CPU或单个CPU核心上,由于硬件限制,真正的“同时”执行是不可能的。因此,Java通过多线程机制来实现并发,使得多个线程可以在一个程序中交替运行,每个线程执行一部分后让出CPU给其他线程。
Java中实现并发的主要方式有:
- 多线程:使用
java.lang.Thread
类或实现Runnable
接口创建线程。 - 线程池:使用
java.util.concurrent.ExecutorService
和ThreadPoolExecutor
来管理一组可重用的线程。 - 锁和同步:使用
synchronized
关键字或java.util.concurrent.locks
包中的锁机制来同步线程访问共享资源。 - 原子操作:使用
java.util.concurrent.atomic
包中的原子类来确保在多线程环境下的操作原子性。
并行(Parallelism)
并行是指多个任务在同一时刻真正同时执行。这通常发生在具有多核处理器的系统上,其中每个任务可以在不同的CPU核心上运行,从而实现真正的并行处理。并行可以极大地提高程序的执行效率,特别是在数据密集型或计算密集型任务中。
Java中实现并行的方式有:
- 多线程+多核处理器:结合多线程和多核处理器的能力,使得每个线程可以在不同的核心上运行。
- 并行流:从Java 8开始,
Stream
API引入了并行流的概念,可以使用parallelStream()
方法自动利用多核处理器的并行能力处理数据集合。 - Fork/Join框架:
java.util.concurrent.ForkJoinPool
和ForkJoinTask
提供了用于并行任务分解和合并的高级抽象。
示例
下面是一个使用Java Stream API的并行流的例子:
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class ParallelExample {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
// 使用并行流计算总和
int sum = numbers.parallelStream()
.mapToInt(Integer::intValue)
.sum();
System.out.println("Sum is: " + sum);
}
}
在这个例子中,parallelStream()
方法被用来创建一个并行流,然后使用mapToInt
和sum
方法来计算列表中所有整数的总和。并行流会尝试在多核处理器上并行执行这些操作。
Java中的并发和并行是实现多任务处理的重要手段,可以帮助提高程序的响应性和执行效率。并发侧重于任务的调度和协调,而并行则侧重于任务的并行执行,两者往往结合使用以达到最佳效果。