并行并发串行同步异步

在编程领域，并行、并发、串行、同步、异步是一组容易混淆但又至关重要的概念。以下是它们的核心定义、区别及典型场景分析：

一、核心概念定义

串行	任务按顺序执行，前一个任务完成后，后一个任务才开始
并行	多个任务在同一时刻同时执行（依赖多核CPU或分布式系统）
并发	多个任务在同一时间段内交替执行（单核CPU通过分时复用实现）
同步	任务执行时需要等待结果返回，线程会被阻塞
异步	任务执行时无需等待结果返回，通过回调或轮询获取结果，线程不会被阻塞

二、对比分析

1. 执行方式对比

时间	顺序执行	同时执行	交替执行
硬件	单核/多核	多核/多机	单核/多核
线程数	1	≥1	≥1
典型案例	单线程程序	GPU渲染	Web服务器

2. 同步与异步对比

阻塞性	阻塞线程	不阻塞线程
结果获取	立即返回	通过回调/轮询
编程模型	直接调用	Future/Promise
典型案例	`Thread.join()`	`CompletableFuture`

三、代码示例

1. 串行执行

public class SerialExample {
    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        // 任务1
        task1();
        // 任务2（必须等任务1完成）
        task2();
        System.out.println("总耗时：" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
    }

    private static void task1() {
        try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { }
        System.out.println("任务1完成");
    }

    private static void task2() {
        try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { }
        System.out.println("任务2完成");
    }
}
// 输出：
// 任务1完成
// 任务2完成
// 总耗时：2000ms

2. 并行执行（多线程）

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ParallelExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
        executor.submit(() -> task1());
        executor.submit(() -> task2());
        executor.shutdown();
    }
    // 任务1和任务2同时执行，总耗时约1000ms
}

3. 同步与异步对比

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class SyncAsyncExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 同步调用
        System.out.println("同步结果：" + syncMethod());

        // 异步调用
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> asyncMethod())
            .thenAccept(result -> System.out.println("异步结果：" + result));

        // 主线程继续执行
        System.out.println("主线程不阻塞");
    }

    private static String syncMethod() {
        try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { }
        return "同步返回";
    }

    private static String asyncMethod() {
        try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { }
        return "异步返回";
    }
}
// 输出：
// 同步结果：同步返回
// 主线程不阻塞
// 异步结果：异步返回（2秒后输出）

四、应用场景

顺序依赖任务	串行	单线程程序
CPU密集型计算	并行	多线程、GPU编程、Hadoop
高并发请求处理	并发	Tomcat线程池、Nginx事件驱动
需要立即响应的操作	同步	方法直接调用
IO密集型操作	异步	Netty、Node.js、RxJava