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Java 中的线程是并发还是并行?深入解析 JVM 多线程执行模型

花韻仙語

花韻仙語

发布时间:2026-02-07 17:44:29

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来源于php中文网

原创

Java 中的线程是并发还是并行?深入解析 JVM 多线程执行模型

java 线程本质上是**并发的**,在多核系统上可自动实现**并行执行**;jvm 本身不区分“并发”与“并行”的语义边界,而是由底层操作系统和硬件协同调度——自 java 1.0 起即保证并发语义,而并行能力取决于运行环境,与 jdk 版本无直接绑定。

在 Java 中,“并发(concurrency)”与“并行(parallelism)”并非互斥概念,而是具有包含关系:并行一定是并发,但并发不一定是并行

  • 并发指多个线程的逻辑执行流存在重叠(interleaved),其事件发生顺序未被严格定义(如 thread1.start() 和 thread2.run() 的实际执行时序不可预测),这是 Java 内存模型(JMM)和 java.lang.Thread API 所保障的核心语义;
  • 并行则进一步要求这些线程在物理层面同时执行(simultaneously),通常依赖多 CPU 核心或超线程技术,属于运行时调度结果,而非语言规范强制要求。

Java 自 1996 年发布首个版本起,就明确将 Thread 类设计为支持并发执行的抽象——JVM 规范仅承诺“线程可被独立调度”,并定义了同步、内存可见性等并发原语(如 synchronized、volatile、java.util.concurrent 包)。至于是否真正并行,完全交由底层实现:
✅ 在现代多核 Linux/Windows/macOS 系统上,主流 JVM(HotSpot)通过 pthread(Linux/macOS)或 Windows Thread API 将 Java 线程一对一映射到 OS 级轻量级进程(1:1 模型),由操作系统内核调度器分配至空闲 CPU 核心——只要系统资源充足(如 8 个线程 + 8 核),即可天然实现并行;
❌ 单核系统或资源严重受限时,则退化为时间片轮转的并发调度(cooperative/preemptive),即“伪并行”。

⚠️ 关于“JDK 1.7 开始 core-aware”的说法存在常见误解。Java 并未在 1.7 引入新的线程调度机制,也未修改线程模型。所谓“core-aware”实为 HotSpot JVM 对 NUMA 架构优化、GC 线程亲和性(如 -XX:+UseNUMA)、以及 ForkJoinPool 默认并行度自动适配可用处理器数(Runtime.getRuntime().availableProcessors())等特性的逐步增强。这些改进提升了并行效率,但不改变“并发是语义、并行是实现”的根本原则。

各线程执行框架的并发/并行特性对比

框架 并发保障 并行能力 关键说明
Thread / Runnable ✅ 语言级强保证(JMM) ✅ 多核下自动并行(OS 调度) 最基础抽象,无内置任务分发或负载均衡
ExecutorService(如 ThreadPoolExecutor) ✅ 继承 Thread 并发语义 ✅ 可并行,取决于核心线程数 & CPU 核心数 若 corePoolSize = 4 且系统有 4+ 核,4 个线程可真正并行;若 corePoolSize = 1,则仅并发不并行
ForkJoinPool ✅ 完全兼容 JMM,并发安全 默认并行度 = availableProcessors(),支持工作窃取(work-stealing) 专为递归分治任务优化,即使任务数 > 核心数,仍能高效利用所有核心:
java
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(); // 默认使用全部可用核心
pool.invoke(new MyRecursiveTask());

实践建议与注意事项

  • 不要硬编码线程数:优先使用 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 动态配置线程池大小,避免在容器化环境(如 Docker 限制 CPU quota)中过度分配;

  • 区分 I/O 密集型与 CPU 密集型任务:CPU 密集型推荐 corePoolSize ≈ availableProcessors();I/O 密集型可适当放大(如 ×2),以掩盖阻塞开销;

  • 勿依赖“JDK 版本决定并行”:并行能力由 OS + JVM + 硬件共同决定。测试时应使用 jstack 或 JFR(Java Flight Recorder)观察实际线程状态(RUNNABLE 状态线程若长期处于 on-CPU,即表明并行发生);

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    下载
  • ? 验证并行性的小技巧

    public class ParallelCheck {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            int n = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(n);
            long start = System.nanoTime();
    
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                new Thread(() -> {
                    // 模拟纯 CPU 计算(避免 I/O 干扰)
                    double sum = 0;
                    for (long j = 0; j < 10_000_000_000L; j++) {
                        sum += Math.sqrt(j);
                    }
                    latch.countDown();
                }).start();
            }
            latch.await();
            System.out.printf("Total time: %.2f ms%n", (System.nanoTime() - start) / 1_000_000.0);
        }
    }

    若执行时间显著小于单线程耗时 × 线程数(例如 4 核机器上 4 线程总耗时接近单线程的 1 倍而非 4 倍),即可确认并行生效。

总之,Java 的设计哲学是:用并发的抽象屏蔽并行的复杂性。开发者只需正确使用同步机制、避免竞态条件、合理组织任务,JVM 与操作系统便会尽可能将并发转化为高效的并行执行——这才是现代 Java 高性能并发编程的基石。

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