并发与同步：扇出、汇合、竞态与部分失败

一句话定义

并发编排把一个任务扇出（Fan-out）给多个智能体同时执行，再在汇合点（Fan-in）按选定策略收拢结果；工程难点不在「同时跑」，而在共享状态的写入竞态、汇合策略的选择与部分失败的处置。

直观类比

餐厅出餐：一道菜拆给三个厨师同时做（扇出），传菜口规定「三个都好了才上桌」（汇合：all）还是「有一个像样就上」（first）；如果三个厨师同时往同一张订单上划勾，字迹会叠成一团（竞态）——所以规定各写各的联（reducer）。

为什么重要

kp-004 已证明并行的延迟收益由关键路径决定，但只有把扇出/汇合做对，理论收益才能兑现；而共享 State 的并发写是 LLM 框架中最隐蔽的 bug 源——不报错、偶发、难复现，直接污染下游。群体模式（kp-009）的可用性完全建立在本知识点的工程正确性上。

前置知识

kp-017（State 与 reducer 约定——竞态治理的静态基础）；kp-004（并行延迟模型）。

核心概念

• 扇出（Fan-out）：一个节点触发多个并行分支（框架内以映射/Send 机制实现动态数量）；
• 汇合（Fan-in / Join）：等待并收拢分支结果，四种策略——all（全到齐）、all-successful（成功者到齐）、first（首个可用）、quorum(k)（k 个即走）；
• 竞态（Race Condition）：两个分支同时写同一 State 字段，后写覆盖先写；
• Reducer（归并器）：字段级声明的合并函数（追加、取并集、自定义），把「同时写」变为「可合并写」；
• 部分失败（Partial Failure）：部分分支失败时的取消/降级/重试决策。

原理与机制

竞态治理三层：(1) 结构层——字段所有权（kp-013）：每个 State 字段声明唯一写入者，结构性消除大部分冲突；(2) 合并层——为多写者字段配 reducer：消息列表用 append，布尔标志用 or，评分用 max；LangGraph 的 State 声明原生支持；(3) 临界区层——真正的读-改-写序列（如「计数器 +1 后判断阈值」）需要串行化：汇合节点统一处理或外部锁。延迟核算：端到端 = max(分支延迟) + 汇合开销（kp-004 模型三），因此分支要均衡——把慢分支再拆分或提前启动，避免「最长尾」决定全局。部分失败决策表：结果可互补（多源检索）→ all-successful 降级接受；结果需互证（法定人数）→ quorum(k) 判断是否达到决策底线；任一成功即可（缓存回源）→ first + 取消其余（注意取消要传播到分支内部，防「僵尸分支」继续烧 token）；全部失败 → 进入降级路径（kp-022）而非静默返回空。与检查点的配合：并行分支的检查点在汇合后统一落盘，避免半完成状态被持久化。

图示

                 ┌──▶ [分支A: 检索网] ──┐
 查询 ──▶ [扇出] ┼──▶ [分支B: 查库]   ──┼──▶ [汇合: all-successful + reducer(append)] ──▶ 下游
                 └──▶ [分支C: 问专家] ──┘        ▲
                       分支C超时失败              │
                 处置: 降级接受 A+B (可互补任务) / 或 quorum(2) 未达 → 走降级路径
 写入规约: findings 字段 reducer=append, 每分支只追加自己的命名空间

实例或案例

kp-009 的五路投票的落地：扇出用框架的并行分支（各分支独立温度与提示），分支只把「候选答案 + 置信度」追加进各自的 State 命名空间（reducer = append，无竞态）；汇合节点执行 quorum(3) 判定，两个慢分支超时被取消（cancel 传播），达到 4/5 一致即输出；若仅 2/5 一致，转入 kp-022 的降级路径（缩小问题重问或转人工）。

公式或模型

端到端延迟 T = max(t₁…tₙ) + t_join；分支数 n 的性价比拐点在「边际分支的延迟改善 < 汇合与 token 边际成本」处，工程上以实测分位数（P95 而非均值）代入计算，因为 max 由尾部决定。

常见误区

• 误区一：并行 = 快。 分支长尾失衡时 max(t) 可能比串行还慢；先看 P95 再谈并行收益；
• 误区二：并发写靠「小心一点」避免。 偶发竞态无法靠纪律根除，必须结构层（所有权）+ 合并层（reducer）双保险；
• 误区三：失败分支静默吞掉。 不显式处置的部分失败会让「少了一路证据」的结论伪装成正常结果。

与其他知识点的关系

reducer 约定源自 kp-017 的 State 设计；汇合策略是 kp-009 聚合策略的工程底座；部分失败的降级路径在 kp-022 展开；并行分支的超时与取消是 kp-020 资源失控的第一道闸。

自测题

1. 四种汇合策略各适配什么场景？

要点：all——分支强互依；all-successful——结果可互补；first——任一可用即可（需传播取消）；quorum(k)——需多数互证的决策。

1. 竞态治理三层的顺序与各自手段？

要点：字段所有权（结构消除）→ reducer（可合并写）→ 串行化临界区（读改写序列）。

1. 为什么端到端延迟要看 P95 而不是均值？

要点：并行总延迟由 max 决定，max 由尾部分支决定；均值会系统性低估。

延伸阅读

LangGraph 文档的并行分支与 Send 机制展示了动态扇出的 API 形态；分支取消传播的实现细节各框架不同，落地前务必实测。