Асинхронность, параллельность, многопоточность

Опишу простыми словами разницу между этими и близкими терминами.

Многоядерный

Относится к процессору. У процессора 4-16 ядер, каждое работает независимо от других. Если ядер 8, то в каждый момент процессор работает над 8 задачами.

Во многих процессорах есть технология hyper-threading, когда на 1 ядре выполняются 2 задачи. Тогда на 8 ядрах могут одновременно выполняться 16 задач.

Многопоточный

Относится к языку программирования. Это возможность изолировать задачи в разных потоках. У каждого потока свои локальные переменные, область видимости и исполняемый код. Очень удобно:)

Если у процессора 8 ядер, в java приложении в каждый момент выполняются не больше 8 потоков (= не больше 8 задач). В других языках дело обстоит по-другому, подробнее в этом посте.

Многопоточность — свойство языка, но в жизни часто упоминают "многопоточный код". Это код, в котором задачи из разных потоков взаимодействуют между собой. Например, запросы увеличивают общую переменную — счётчик запросов. Или задача делится на подзадачи, и они выполняются в разных потоках.

Когда в вакансии пишут про знания многопоточки, то имеют в виду мастерское владение java.util.concurrent, знание возможных многопоточных проблем и лучших практик.

Concurrency

Относится к системе в целом. Система называется concurrent, если в ней выполняются несколько задач и актуальны проблемы:

🔹 как поделить системные ресурсы между задачами
🔹 как координировать задачи между собой
🔹 как корректно работать с общими ресурсами
🔹 как сделать так, чтобы ничего не сломалось при увеличении нагрузки

В наши дни сложно найти что-то НЕ concurrent, все веб-сервисы попадают в эту категорию. На практике под concurrent кодом подразумевается, что проблемы выше решает не только фреймворк, но и разработчик.

Параллельный

Относится к задачам. Параллельно = одновременно. Процессор с 8 ядрами выполняет в каждый момент времени 8 задач = процессор параллельно выполняет 8 задач.

В жизни термин употребляется не так строго.

Допустим, нужно обработать 10 млн элементов. Если делать это последовательно, то будет работать одно ядро процессора, а остальные 7 (если ядер 8) — простаивать.

При параллельной обработке задача разбивается на 10 частей по 1 млн, и каждая подзадача отправляется в отдельный поток. Вычислениями занимаются больше ядер, и общий результат посчитается быстрее.

Значит ли это, что все 10 задач выполняются одновременно?

Нет. Если у процессора 8 ядер, то в один момент выполняется максимум 8 задач. Но подобную схему всё равно называют параллельной обработкой

Асинхронный

Относится к общению между потоками, классами или сервисами.

Синхронный означает, что участник 1 останавливает свою работу и ждёт результата от участника 2:
▫️ поток отправил запрос в БД и ждёт ответ
▫️ сервис отправил HTTP-запрос в другой сервис и ждёт ответ
▫️ поток отправил задачу в executor и ждёт результат через join

Часто используют слово "блокирующий" как синоним синхронного запроса

Асинхронный — когда участник 1 отправил запрос и НЕ ждёт ответ. Результат либо не нужен, либо участник 2 сам инициирует общение, когда результат готов:
▫️ поток отправил задачу в executor и не вызывает у задачи join
▫️ сервис отправляет сообщение в месседж брокер

Многие инструменты выглядят как синхронные, но под капотом работают асинхронно. Например, метод sendAsync в HttpCLient или реактивные драйвера БД.

🎁 Бонус — чтобы понять, что могут спросить на собесах, воспользуйтесь формулой:

Может ли (термин 1) быть/не быть (термин 2)?

Например,
❓ Возможна ли многопоточная программа без параллельности? да
❓ А параллельная без многопоточности? нет
❓ Может ли однопоточная программа быть асинхронной? да
❓ Возможны ли многопоточные проблемы в программе, запущенной на одноядерном процессоре? да