並行的執行效率一定高於串行嗎?(多線程的執行效率一定高於單線程嗎?)


一、什么是串行?什么是並行?  

  串行:任務進行排隊,一個一個執行;
  並行:多個任務齊頭並進。

 

二、單核、多核這兩種情況下的並行。

  單核情況下的並行:並非真的是多個任務同時進行的,是需要在這任務之間來回切換(即上下文切換)的。

  多核情況下的並行:是幾核,就能真正做到幾核同時執行各自的任務。

 

三、任務的兩大類型。

  “計算密集型”任務:

  特點是要進行大量的計算,消耗CPU資源,比如計算圓周率、對視頻進行高清解碼等等,全靠CPU的運算能力。
  這種計算密集型任務雖然也可以用多任務完成,但是任務越多,花在任務切換的時間就越多,CPU執行任務的效率就越低,所以,要最高效地利用CPU,計算密集型任務同時進行的數量應當等於CPU的核心數。

  “IO密集型”任務:

  涉及到網絡、磁盤IO的任務都是IO密集型任務,這類任務的特點是CPU消耗很少,任務的大部分時間都在等待IO操作完成(因為IO(指把內容從硬盤上讀到內存的過程,或者是從網絡上接收信息到本機內存的過程)的速度遠遠低於CPU和內存的速度)。
  對於IO密集型任務,任務越多,CPU效率越高,但也有一個限度。常見的大部分任務都是IO密集型任務,比如Web應用。

 

四、看完了上面幾點,我們就可以對“並行的執行效率一定會高於串行嗎”這個問題作出解答了。

  答:並不一定,取決於機器的核數和任務類型。

  1.如果是執行多個計算密集型任務
    ①單核:串行 > 並行。
    ②多核:並行 > 串行。

  2.如果是執行多個IO密集型任務:
    ①單核:並行 > 串行。
    ②多核:並行 > 串行。

  在多核或多CPU,或支持Hyper-threading的CPU上使用多線程程序設計的好處是顯而易見,即提高了程序的執行吞吐率。

  在單CPU或單核的計算機上,使用多線程技術,也可以把進程中負責I/O處理、人機交互而常被阻塞的部分與密集計算的部分分開來執行,編寫專門的workhorse線程執行密集計算,從而提高了程序的執行效率。

 


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