在 C++ 中，并发（Concurrency） 和 并行（Parallelism） 是提高程序性能（尤其是利用多核处理器）的核心概念
### 1.并发：
- 概念： 指系统**看起来**能同时处理多个任务。即使只有一个 CPU 核心，操作系统也可以**通过快速切换（时间片轮转）执行多个线程**，给用户一种“同时”进行的错觉；焦点在于任务的结构、分解、管理、响应性（避免阻塞）。
- c++提供的工具：
- std::thread： 创建和管理线程的基本单元。
- std::mutex, std::lock_guard, std::unique_lock： 互斥锁，保护共享数据免受并发访问导致的数据竞争。
- std::condition_variable： 允许线程等待特定条件成立或通知其他线程条件已改变，用于线程间同步。
- std::future, std::promise, std::async： 用于异步操作和获取异步操作结果。
- std::atomic： 提供对基本数据类型（int, bool, pointer 等）的无锁原子操作，避免简单场景下的互斥锁开销。
### 2.并行
- 概念： 指系统**真正同时执行**多个任务。这需要多个 CPU 核心或处理器。多个任务在同一物理时刻都在执行。利用硬件资源（多核）加速计算密集型任务。
- C++提供的工具：
- std::thread： 可以创建多个线程，操作系统可以将其调度到不同核心上真正并行执行。
- 并行算法库（C++17 起）： 标准库中许多算法（如 std::sort, std::for_each, std::transform, std::reduce）增加了接受执行策略的重载：
- std::execution::seq： 顺序执行（非并行）。
- std::execution::par： 允许并行执行（可能在不同线程）。
- std::execution::par_unseq： 允许并行和向量化（SIMD）执行（约束更多）。
- std::async (配合 std::launch::async 策略)： 可以启动异步任务，这些任务可能会在新线程中并行执行。
### 3.关键区别与联系：
- 并发是概念，并行是实现： 并发是一种编程模型或问题分解方式；并行是实现并发的一种具体手段（通过多核硬件）。
- 并行是并发的子集： 所有并行都是并发的（因为多个任务同时在推进），但并非所有并发都是并行的（单核上的多线程是并发但不是并行）。
- 目标不同： 并发主要关注任务管理和响应性；并行主要关注计算加速。
- 依赖硬件： 并行需要多核/多处理器硬件支持才能真正实现；并发可以在单核上有效工作
### 4.C++ 中实现并发/并行的核心挑战：
- 数据竞争： 当多个线程同时读写同一共享数据且至少有一个是写操作时发生。导致未定义行为（程序崩溃、错误结果等）。
解决方案： 互斥锁 (std::mutex)、原子操作 (std::atomic)、避免共享数据（线程局部存储 thread_local）、只读共享数据。
- 死锁： 两个或多个线程相互等待对方持有的资源，导致所有线程永久阻塞。
解决方案： 锁顺序一致、使用 std::lock 或 std::scoped_lock 一次性锁定多个互斥量、避免嵌套锁、设置超时。
- 活锁： 线程不断响应其他线程的动作（如尝试避开死锁而重复执行相同的回退操作），但无法取得实际进展。
解决方案： 引入随机性、重新设计协调逻辑。
- 假共享： 多个线程频繁访问同一缓存行中不同但相邻的变量，导致缓存行在 CPU 核心间无效化，显著降低性能（尽管没有数据竞争）。
解决方案： 内存对齐 (alignas)、填充字节、将频繁被不同线程访问的变量分开。