[转] 并发与并行

作者：谢杰

该文章是并发异步操作系列文章第四篇。

今天我们来解决一个很多同学经常搞混的概念对：并发和并行。

这两个词在日常交流中常常被混用，但在编程领域，它们指的是完全不同的执行模式。理解它们的区别，不仅能帮你正确选型，还能在调优性能时少走弯路。

先抛一个问题：

你一边刷手机一边等外卖，这是并发还是并行？

如果你下意识觉得“反正就是同时干两件事”，那这篇文章你一定要看完。我会用简单的比喻和直观的例子让你彻底搞清这两个概念，并且一起看一下 JS 中哪些特性和这两个概念相关。

在计算机领域，“并发”和“并行”并不是同义词，虽然它们都能让你在同一时间段内处理多个任务，但实现方式、依赖条件和结果体验都不一样。

并发

英语为 Concurrency，指的是在同一时间段内，多个任务交替进行。这些任务没有真正同时运行，而是通过任务切换来营造“同时进行”的效果。

• 类比：一个服务员同时负责 3 桌客人，他会先给 A 桌上菜，再去 B 桌点单，然后回到 C 桌加水……看起来好像在同时照顾三桌，其实是快速切换任务。
• 特点：一个执行单元（单线程）通过任务调度来处理多个任务。

并行

英语为 Parallelism，指的是在同一时刻，多个任务真正同时运行。这通常依赖于多核 CPU 或多台机器的同时执行。

• 类比：3 个服务员分别负责 3 桌客人，大家同时干活，互不干扰，这就是真正的同时进行。
• 特点：需要多个执行单元（多线程、多进程、多核硬件）共同工作。

两者具体的对比如下表：

维度	并发（Concurrency）	并行（Parallelism）
定义	多个任务在同一时间段交替执行	多个任务在同一时刻真正同时执行
实现方式	单线程任务切换、事件循环、调度器	多线程、多进程、多核 CPU 同时执行
硬件依赖	无需多核，可在单核 CPU 上实现	通常需要多核 CPU 或多台机器
类比	一个服务员轮流服务多桌客人	多个服务员同时服务多桌客人
优势	节省资源、实现简单	性能强、适合 CPU 密集型任务
劣势	CPU 密集任务下切换开销大	实现复杂、线程/进程通信开销大

理解清楚核心的概念后，接下来我们就需要看一下两者在 JS 中的实现方式了。

并发

JavaScript 是一门单线程语言，同一时刻只有一个任务在运行。那遇到耗时长的任务怎么办？——如果阻塞在原地等待，整个页面就会“卡死”，用户无法进行任何操作。

解决办法

把这些耗时任务交给环境中的异步机制去处理（例如 I/O 操作、定时器、网络请求等），等任务完成后再通过事件循环（Event Loop）将回调推回主线程继续执行。

因此，在 JS 中，执行异步任务其实就是一种并发的表现：多个任务在同一时间段内交替推进（本质是时间片切换），看起来就像“同时”在进行。

JS 常见的异步写法演进

下面的 4 个阶段，是多数开发者在学习和使用异步时常见的写法演进（实际发布时间线有部分重叠）：

1. 回调函数

最早的异步模式，通过将逻辑写在回调函数中实现任务完成后的操作。

console.log("开始");

setTimeout(() => {
  console.log("任务完成");
}, 1000);

console.log("结束");

2. Promise

Promise 让异步代码更可读，避免了“回调地狱”。

new Promise((resolve) => {
  setTimeout(() => resolve("任务完成"), 1000);
}).then(console.log);

console.log("继续执行其他任务");

3. 生成器

生成器可以通过 yield 暂停执行，并与异步逻辑结合。通常需要配合调度器（如 co 库）自动迭代，否则需要手动调用 next()。

function* task() {
  const result = yield new Promise((resolve) =>
    setTimeout(() => resolve("任务完成"), 1000)
  );
  console.log(result);
}

const iterator = task();
iterator.next().value.then((res) => iterator.next(res));

4. async/await

async/await 是 Promise 的语法糖，让异步代码看起来像同步代码。

async function run() {
  await new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, 1000));
  console.log("任务完成");
}

run();

并发操作的常用 API

在实际开发中，并发操作更多是结合以下 Promise API 来实现（这些方法在前文已有详细讲解，这里仅列出名称与核心特性）：

1. Promise.all：需要所有任务成功才能继续（典型场景：并行请求多个接口）
2. Promise.allSettled：不在乎成败，只想收集所有结果
3. Promise.race：获取最先完成的任务（可用于实现超时控制）
4. Promise.any：容错性强，只要有一个成功即可

总结一下，在 JS 中，并发是通过异步调度实现的，本质上是一个线程在不同任务之间交替执行，利用事件循环在空闲时处理等待完成的任务。这种方式虽然看起来像是“同时”进行，但在任何一个时间点，主线程实际上只在执行一个任务。

如果我们希望多个任务能够真正地同时运行，而不是依靠时间片切换，这则是我们接下来要讨论的重点：并行

并行

前面已经解释了并行的概念，JS 作为一门单线程的语言，本身是不能直接并行执行代码的，但它可以借助额外的线程来实现并行，比如：

• 浏览器环境：Web Worker
• Node.js 环境：Worker Threads

这类 API 的本质，是通过在后台开辟新的线程去运行代码，从而让多个计算任务真正同时进行，并且通过消息机制与主线程通信。

注意：无论是 Web Worker 还是 Worker Threads，涉及到的细节非常非常多，随便哪一个单独领出来，都可以写成一个新的系列文章。所以这里只需要了解这两者是实现并行的手段即可。

Web Worker

主线程只有一个，CPU 密集型任务（图像处理、加密、路径规划、压缩/解压等）会阻塞 UI。Web Worker 把重计算挪到后台线程执行，主线程继续保持交互与渲染，实现真正的并行（与异步并发的时间片切换不同）。

Worker 是一个独立的 JS 线程，没有 DOM、window、document；与主线程通过 postMessage/onmessage 传递消息。适合“计算重、输入输出轻”的场景；I/O 为主的任务通常不必用 Worker。

下面来看一个 Dedicated Worker 的最小可用示例：

Dedicated Worker 意思是“专用 Web Worker”，只服务于创建它的那一个页面（或脚本）的 Worker 线程。这个 Worker 不会被其他页面/标签复用或共享。

除了 Dedicated Worker 以外，常见的还有：

• SharedWorker（共享 Worker）：可被同源的多个页面/ iframe 共享，一个实例多处连接；用 new SharedWorker('./shared.js')，通过 MessagePort 通信、onconnect 事件接入。适合跨标签共享连接/缓存/池化。

• Service Worker：不是计算线程，而是网络代理层（离线缓存、请求拦截、推送），用 navigator.serviceWorker.register() 注册，按生命周期事件运行，不是拿来做重计算的。

// main.js

// 使用 ESM worker 便于打包器处理依赖
const worker = new Worker(new URL('./worker.js', import.meta.url), { type: 'module' });

worker.onmessage = (e) => {
  const { id, result } = e.data;
  console.log(`任务 ${id} 完成：`, result);
};

worker.onerror = (err) => console.error('Worker 出错：', err.message);

// 发送计算任务（演示 Transferable：零拷贝转移 ArrayBuffer）
let seq = 0;
export function sumLargeArray(ints) {
  const id = ++seq;
  const buf = new ArrayBuffer(ints.length * 4);
  new Int32Array(buf).set(ints);
  worker.postMessage({ id, op: 'sum', buf }, [buf]); // 发送并转移所有权
}

// worker.js

self.onmessage = (e) => {
  const { id, op, buf } = e.data;
  if (op !== 'sum') return;

  const view = new Int32Array(buf);
  let s = 0;
  for (let i = 0; i < view.length; i++) s += view[i];

  // 回传结果
  postMessage({ id, result: s });
};

上面的示例中：

• new Worker(new URL('./worker.js', import.meta.url), { type: 'module' }) 这写法，是让打包器找得到入口、按 ESM 处理依赖，避免构建后路径翻车。

• 每个任务都有一个 id，这样信息的“发送”和“回包”能对上号，高并发也不串台。

• postMessage({ id, op: 'sum', buf }, [buf]) 里的第二个参数是 transfer list：把 ArrayBuffer 的所有权直接过户给 worker，零拷贝更快。注意：过户后主线程的 buf 就是空壳了，别再用。

零拷贝的意思是不再复制一份数据，而是把“这块内存的使用权”直接交给对方，或双方直接共享同一块内存。

在 JS 里的两种典型方式：

1. Transferable（转移所有权）：把 ArrayBuffer（或 MessagePort、ImageBitmap、OffscreenCanvas 等）放进 postMessage 的第二个参数（transfer list）里。发送后，原端的缓冲区会被“剥离”（detached），对端拿到同一块字节的控制权，避免再做一份拷贝。
2. SharedArrayBuffer（共享内存）：双方拿到的是同一块内存的视图（再也不用传来传去），配合 Atomics 做同步。浏览器环境里要满足 cross-origin isolation；Node.js 环境里直接可用。

• worker.onerror 兜底，脚本加载失败、运行时未捕获异常等都会触发；onmessageerror 负责消息反序列化失败这类问题。

• 可以使用 worker.terminate() 释放线程；如果是长驻后台计算，可以复用同一个 worker 来批量处理任务。

Worker Threads

浏览器里是 Web Workers，到了 Node.js 环境，并行就交给 Worker Threads。它把CPU 密集型计算从主线程（事件循环）里剥离到真实的操作系统线程里跑，避免把整台服务“卡住”。和 child_process 不同的是：线程共享进程内存，可以用 SharedArrayBuffer/Atomics，也能把 ArrayBuffer 作为 Transferable 零拷贝传递。

下面是一个最小可用示例（ESM）：

// main.mjs
import { Worker } from 'node:worker_threads';

// 和浏览器那段保持同样的“发任务→回包”模式
const worker = new Worker(new URL('./worker.mjs', import.meta.url), {
  type: 'module',
});

let seq = 0;
function sumLargeArray(ints) {
  const id = ++seq;
  const buf = new ArrayBuffer(ints.length * 4);
  new Int32Array(buf).set(ints);

  // Node 里的 worker.postMessage 同样支持 transferList
  worker.postMessage({ id, op: 'sum', buf }, [buf]);
}

worker.on('message', ({ id, result, error }) => {
  if (error) return console.error(`任务 ${id} 失败：`, error);
  console.log(`任务 ${id} 完成：`, result);
});

worker.on('error', (err) => {
  console.error('Worker 线程错误：', err);
});

worker.on('exit', (code) => {
  if (code !== 0) console.warn('Worker 非正常退出，code =', code);
});

// demo：丢一个大数组过去
sumLargeArray(Int32Array.from({ length: 1e6 }, (_, i) => i));

// worker.mjs
import { parentPort } from 'node:worker_threads';

parentPort.on('message', ({ id, op, buf }) => {
  try {
    if (op !== 'sum') return;

    const view = new Int32Array(buf);
    let s = 0;
    for (let i = 0; i < view.length; i++) s += view[i];

    parentPort.postMessage({ id, result: s });
  } catch (e) {
    parentPort.postMessage({ id, error: String(e) });
  }
});

在上面的代码示例中：

• 同样的心智模型：主线程 postMessage → { id } 发任务；worker 里计算后 postMessage 回来，用 id 对号入座。
• 零拷贝传输：把 ArrayBuffer 放进 transferList，直接“过户”到 worker，避免复制。
• 线程而非进程：对比 child_process，线程更轻、更易共享内存，但也要注意不要破坏共享状态（必要时用 Atomics 做同步）。
• 生命周期：worker.terminate() 会返回一个 Promise；同时监听 error/exit，方便回收与自愈。
• 路径与模块：和浏览器那段一样，用 new URL('./worker.mjs', import.meta.url) + { type: 'module' }，避免构建/部署后路径失效。

写在最后

并发和并行是现代 JS 工程里反复出现的主题，总结一下：

• 并发（Concurrency）：一个线程在任务间切换；适合 I/O、等待型工作（网络/磁盘/定时器）。JS 的异步任务处理，采用的就是并发模型。并发像一个人来回切活儿。
• 并行（Parallelism）：多线程/多核真正同时运行；适合 CPU 密集（图像处理、加解密、路径规划、压缩等）。JS 中实现并行，浏览器环境用 Web Workers；Node.js 环境用 Worker Threads。并行是请来更多人同时干。

两者不冲突，绝大多数前端/服务端场景用并发异步就够了，只有当计算真把 CPU 吃满、拖慢交互或吞吐时，再让 Worker 家族登场。

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