IO中同步、异步与阻塞、非阻塞的区别

IO中同步、异步与阻塞、非阻塞的区别

标签：异步同步 阻塞非阻塞

1、同步与异步
同步/异步, 它们是消息的通知机制

1. 概念解释
A. 同步
所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有获得结果以前，该调用就不返回。

按照这个定义，其实绝大多数函数都是同步调用（例如sin isdigit等）。
可是通常而言，咱们在说同步、异步的时候，特指那些须要其余部件协做或者须要必定时间完成的任务。
最多见的例子就是 SendMessage。
该函数发送一个消息给某个窗口，在对方处理完消息以前，这个函数不返回。
当对方处理完毕之后，该函数才把消息处理函数所返回的值返回给调用者。

B. 异步
异步的概念和同步相对。
当一个异步过程调用发出后，调用者不会马上获得结果。
实际处理这个调用的部件是在调用发出后，
经过状态、通知来通知调用者，或经过回调函数处理这个调用。

以 Socket为例，
当一个客户端经过调用 Connect函数发出一个链接请求后，调用者线程不用等待结果，可马上继续向下运行。
当链接真正创建起来之后，socket底层会发送一个消息通知该对象。

C. 三种返回结果途径
执行部件和调用者能够经过三种途径返回结果：
a.   状态、
b.   通知、
c.   回调函数。

可使用哪种依赖于执行部件的实现，除非执行部件提供多种选择，不然不受调用者控制。

a. 若是执行部件用状态来通知，
那么调用者就须要每隔必定时间检查一次，效率就很低
有些初学多线程编程的人，总喜欢用一个循环去检查某个变量的值，这实际上是一种很严重的错误。

b. 若是是使用通知的方式，
效率则很高，由于执行部件几乎不须要作额外的操做。

c. 至于回调函数，
和通知没太多区别。

2. 举例说明
理解这两个概念，能够用去银行办理业务(能够取钱，也能够存钱)来比喻:
当到银行后,
.能够去ATM机前排队等候                                – (排队等候)就是同步等待消息
.能够去大厅拿号,等到排到个人号时，
柜台的人会通知我轮到我去办理业务.              – (等待别人通知)就是异步等待消息.

在异步消息通知机制中,
等待消息者(在这个例子中就是等待办理业务的人)每每注册一个回调机制,
在所等待的事件被触发时由触发机制(在这里是柜台的人)经过某种机制(在这里是写在小纸条上的号码)
找到等待该事件的人.

在select/poll 等IO 多路复用机制中就是fd,
当消息被触发时,触发机制经过fd 找处处理该fd的处理函数.

3. 在实际的程序中,
同步消息通知机制：就比如简单的read/write 操做,它们须要等待这两个操做成功才能返回;
同步, 是由处理消息者本身去等待消息是否被触发;
异步消息通知机制：相似于select/poll 之类的多路复用IO 操做,
当所关注的消息被触发时,由消息触发机制通知触发对消息的处理.
异步, 由触发机制来通知处理消息者;

仍是回到上面的例子,
轮到你办理业务, 这个就是你关注的消息,
而办理什么业务, 就是对这个消息的处理,
二者是有区别的.

而在真实的IO 操做时: 所关注的消息就是     该fd是否可读写,
而对消息的处理是     对这个fd 进行读写.

同步/异步仅仅关注的是如何通知消息,它们对如何处理消息并不关心,
比如说,银行的人仅仅通知你轮到你办理业务了,
而办理业务什么业务(存钱仍是取钱)他们是不知道的.

2、阻塞与非阻塞
阻塞/非阻塞, 它们是程序在等待消息(无所谓同步或者异步)时的状态.

1. 概念解释
A. 阻塞
阻塞调用是指调用结果返回以前，当前线程会被挂起。函数只有在获得结果以后才会返回。
有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上他是不一样的。
对于同步调用来讲，不少时候当前线程仍是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已。

socket接收数据函数recv是一个阻塞调用的例子。
当socket工做在阻塞模式的时候， 若是没有数据的状况下调用该函数，则当前线程就会被挂起，直到有数据为止。

B. 非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能马上获得结果以前，该函数不会阻塞当前线程，而会马上返回。

C. 对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是否是阻塞调用有很强的相关性，可是并非一一对应的。

阻塞对象上能够有非阻塞的调用方式，咱们能够经过必定的API去轮询状态，
在适当的时候调用阻塞函数，就能够避免阻塞。
而对于非阻塞对象，调用特殊的函数也能够进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。

2. 举例说明
继续上面的那个例子,
不管是排队等待，仍是使用号码等待通知,
若是在这个等待的过程当中,
. 等待者除了等待消息以外不能作其它的事情,那么该机制就是阻塞的,
表如今程序中,也就是该程序一直阻塞在该函数调用处不能继续往下执行.
. 相反,有的人喜欢在银行办理这些业务的时候一边打打电话发发短信一边等待,这样的状态就是非阻塞的,
由于他(等待者)没有阻塞在这个消息通知上,而是一边作本身的事情一边等待.

3、易混淆的点
不少人也会把异步和非阻塞混淆,
由于异步操做通常都不会在真正的IO 操做处被阻塞,
好比若是用select 函数,当select 返回可读时再去read 通常都不会被阻塞
就比如当你的号码排到时通常都是在你以前已经没有人了,因此你再去柜台办理业务就不会被阻塞.
可见,同步/异步与阻塞/非阻塞是两组不一样的概念,它们能够共存组合,

而不少人之因此把同步和阻塞混淆,我想也是由于没有区分这两个概念,
好比阻塞的read/write 操做中,实际上是把消息通知和处理消息结合在了一块儿,
在这里所关注的消息就是fd 是否可读/写,而处理消息则是对fd 读/写.
当咱们将这个fd 设置为非阻塞的时候,read/write 操做就不会在等待消息通知这里阻塞,
若是fd 不可读/写则操做当即返回.

4、同步/异步与阻塞/非阻塞的组合分析
_______阻塞____________________非阻塞_____
同步 | 同步阻塞              同步非阻塞
异步 | 异步阻塞              异步非阻塞

同步阻塞形式:
效率是最低的，
拿上面的例子来讲，就是你专心排队，什么别的事都不作。

实际程序中
就是未对fd 设置O_NONBLOCK 标志位的read/write 操做,

异步阻塞形式:
若是在银行等待办理业务的人采用的是异步的方式去等待消息被触发,也就是领了一张小纸条,
假如在这段时间里他不能离开银行作其它的事情,那么很显然,这我的被阻塞在了这个等待的操做上面;

异步操做是能够被阻塞住的,只不过它不是在处理消息时阻塞,而是在等待消息被触发时被阻塞.
好比select 函数,
假如传入的最后一个timeout 参数为NULL,那么若是所关注的事件没有一个被触发,
程序就会一直阻塞在这个select 调用处.

同步非阻塞形式:
其实是效率低下的,
想象一下你一边打着电话一边还须要抬头看到底队伍排到你了没有,
若是把打电话和观察排队的位置当作是程序的两个操做的话,
这个程序须要在这两种不一样的行为之间来回的切换,效率可想而知是低下的;

不少人会写阻塞的read/write 操做,
可是别忘了能够对fd 设置O_NONBLOCK 标志位,这样就能够将同步操做变成非阻塞的了;

异步非阻塞形式:
效率更高,
由于打电话是你(等待者)的事情,而通知你则是柜台(消息触发机制)的事情,
程序没有在两种不一样的操做中来回切换.

好比说，这我的忽然发觉本身烟瘾犯了,须要出去抽根烟,
因而他告诉大堂经理说,排到我这个号码的时候麻烦到外面通知我一下(注册一个回调函数),
那么他就没有被阻塞在这个等待的操做上面,天然这个就是异步+非阻塞的方式了.

若是使用异步非阻塞的状况,
好比aio_*组的操做,当发起一个aio_read 操做时,函数会立刻返回不会被阻塞,
当所关注的事件被触发时会调用以前注册的回调函数进行处理,

下面再转载知乎中“怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？”这个问题的答案

• 卢伊，爱好者

  “阻塞”与”非阻塞”与”同步”与“异步”不能简单的从字面理解，提供一个从分布式系统角度的回答。
  1.同步与异步
  同步和异步关注的是消息通讯机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
  所谓同步，就是在发出一个*调用*时，在没有获得结果以前，该*调用*就不返回。可是一旦调用返回，就获得返回值了。
  换句话说，就是由*调用者*主动等待这个*调用*的结果。而异步则是相反，*调用*在发出以后，这个调用就直接返回了，因此没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会马上获得结果。而是在*调用*发出后，*被调用者*经过状态、通知来通知调用者，或经过回调函数处理这个调用。

  
  

  典型的异步编程模型好比Node.js

  举个通俗的例子：
  你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，若是是同步通讯机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下”，而后开始查啊查，等查好了（多是5秒，也多是一天）告诉你结果。
  而异步通讯机制，书店老板直接告诉你我查一下啊（返回值），查好了打电话给你，而后直接挂电话了。而后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板经过“回电”这种方式来回调。

  2. 阻塞与非阻塞
  阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

  阻塞调用是指调用结果返回以前，当前线程会被挂起。调用线程只有在获得结果以后才会返回。
  非阻塞调用指在不能马上获得结果以前，该调用不会阻塞当前线程。

  仍是上面的例子，
  你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你若是是阻塞式调用，你会一直把本身“挂起”，直到获得这本书有没有的结果，若是是非阻塞式调用，你无论老板有没有告诉你，你本身先一边去玩了， 固然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。
  在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板经过什么方式回答你结果无关。

  若是是关心blocking IO/ asynchronous IO, 参考 Unix Network Programming View Book

• 看看steven大叔的这篇文章。http://english.tebyan.net/newindex.aspx?pid=31159&BookID=23760&PageIndex=92&Language=3
  同步和异步仅仅是关于所关注的消息如何通知的机制。同步的状况下,是由处理消息者本身去等待消息是否被触发,而异步的状况下是由触发机制来通知处理消息者
  阻塞和非阻塞应该是发生在消息的处理的时刻。阻塞其实就是等待，发出通知，等待结果完成。非阻塞属于发出通知，当即返回结果，没有等待过程。

原文：http://www.jsxubar.info/io-sync-async.html