近來遇到了一些常見的概念，尤其是網(wǎng)絡(luò)編程方面的概念，如：阻塞、非阻塞、異步I/O等等，對(duì)于這些概念自己也沒有太清晰的認(rèn)識(shí)，只是很模糊的概念，說了解吧也了解，但是要讓自己準(zhǔn)確的描述概念方面的具體細(xì)節(jié)，卻說的不那么準(zhǔn)確，這也是自己在這幾個(gè)方面也沒有細(xì)細(xì)考究過的原因吧。經(jīng)過看了些這幾個(gè)概念的資料，發(fā)現(xiàn)同步、異步、阻塞、非阻塞的概念其實(shí)也并不難以理解，在此寫下此文，歡迎拍磚，希望多多交流。

1 同步與異步#

首先來解釋同步和異步的概念，這兩個(gè)概念與消息的通知機(jī)制有關(guān)。也就是同步與異步主要是從消息通知機(jī)制角度來說的。

1.1 概念描述##

所謂同步就是一個(gè)任務(wù)的完成需要依賴另外一個(gè)任務(wù)時(shí)，只有等待被依賴的任務(wù)完成后，依賴的任務(wù)才能算完成，這是一種可靠的任務(wù)序列。要么成功都成功，失敗都失敗，兩個(gè)任務(wù)的狀態(tài)可以保持一致。

所謂異步是不需要等待被依賴的任務(wù)完成，只是通知被依賴的任務(wù)要完成什么工作，依賴的任務(wù)也立即執(zhí)行，只要自己完成了整個(gè)任務(wù)就算完成了。至于被依賴的任務(wù)最終是否真正完成，依賴它的任務(wù)無法確定，所以它是不可靠的任務(wù)序列。

1.2 消息通知##

異步的概念和同步相對(duì)。當(dāng)一個(gè)同步調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者要一直等待返回消息（結(jié)果）通知后，才能進(jìn)行后續(xù)的執(zhí)行；當(dāng)一個(gè)異步過程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立刻得到返回消息（結(jié)果）。實(shí)際處理這個(gè)調(diào)用的部件在完成后，通過狀態(tài)、通知和回調(diào)來通知調(diào)用者。

這里提到執(zhí)行部件和調(diào)用者通過三種途徑返回結(jié)果：狀態(tài)、通知和回調(diào)。使用哪一種通知機(jī)制，依賴于執(zhí)行部件的實(shí)現(xiàn)，除非執(zhí)行部件提供多種選擇，否則不受調(diào)用者控制。

如果執(zhí)行部件用狀態(tài)來通知，那么調(diào)用者就需要每隔一定時(shí)間檢查一次，效率就很低（有些初學(xué)多線程編程的人，總喜歡用一個(gè)循環(huán)去檢查某個(gè)變量的值，這其實(shí)是一種很嚴(yán)重的錯(cuò)誤）；

如果是使用通知的方式，效率則很高，因?yàn)閳?zhí)行部件幾乎不需要做額外的操作。至于回調(diào)函數(shù)，其實(shí)和通知沒太多區(qū)別。

1.2 場(chǎng)景比喻##

舉個(gè)例子，比如我去銀行辦理業(yè)務(wù)，可能會(huì)有兩種方式：

選擇排隊(duì)等候；

另種選擇取一個(gè)小紙條上面有我的號(hào)碼，等到排到我這一號(hào)時(shí)由柜臺(tái)的人通知我輪到我去辦理業(yè)務(wù)了；

第一種：前者(排隊(duì)等候)就是同步等待消息通知，也就是我要一直在等待銀行辦理業(yè)務(wù)情況；

第二種：后者(等待別人通知)就是異步等待消息通知。在異步消息處理中，等待消息通知者(在這個(gè)例子中就是等待辦理業(yè)務(wù)的人)往往注冊(cè)一個(gè)回調(diào)機(jī)制，在所等待的事件被觸發(fā)時(shí)由觸發(fā)機(jī)制(在這里是柜臺(tái)的人)通過某種機(jī)制(在這里是寫在小紙條上的號(hào)碼，喊號(hào))找到等待該事件的人。

2 阻塞與非阻塞#

阻塞和非阻塞這兩個(gè)概念與程序（線程）等待消息通知(無所謂同步或者異步)時(shí)的狀態(tài)有關(guān)。也就是說阻塞與非阻塞主要是程序（線程）等待消息通知時(shí)的狀態(tài)角度來說的。

2.1 概念描述##

阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)被掛起，一直處于等待消息通知，不能夠執(zhí)行其他業(yè)務(wù)。函數(shù)只有在得到結(jié)果之后才會(huì)返回。

有人也許會(huì)把阻塞調(diào)用和同步調(diào)用等同起來，實(shí)際上它們是不同的。

對(duì)于同步調(diào)用來說，很多時(shí)候當(dāng)前線程可能還是激活的，只是從邏輯上當(dāng)前函數(shù)沒有返回而已，此時(shí)，這個(gè)線程可能也會(huì)處理其他的消息。還有一點(diǎn)，在這里先擴(kuò)展下：

(a) 如果這個(gè)線程在等待當(dāng)前函數(shù)返回時(shí)，仍在執(zhí)行其他消息處理，那這種情況就叫做同步非阻塞；

(b) 如果這個(gè)線程在等待當(dāng)前函數(shù)返回時(shí)，沒有執(zhí)行其他消息處理，而是處于掛起等待狀態(tài)，那這種情況就叫做同步阻塞；

所以同步的實(shí)現(xiàn)方式會(huì)有兩種：同步阻塞、同步非阻塞；同理，異步也會(huì)有兩種實(shí)現(xiàn)：異步阻塞、異步非阻塞；

對(duì)于阻塞調(diào)用來說，則當(dāng)前線程就會(huì)被掛起等待當(dāng)前函數(shù)返回；

非阻塞和阻塞的概念相對(duì)應(yīng)，指在不能立刻得到結(jié)果之前，該函數(shù)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，而會(huì)立刻返回。雖然表面上看非阻塞的方式可以明顯的提高CPU的利用率，但是也帶了另外一種后果就是系統(tǒng)的線程切換增加。增加的CPU執(zhí)行時(shí)間能不能補(bǔ)償系統(tǒng)的切換成本需要好好評(píng)估。

2.2 場(chǎng)景比喻##

繼續(xù)上面的那個(gè)例子，不論是排隊(duì)還是使用號(hào)碼等待通知，如果在這個(gè)等待的過程中，等待者除了等待消息通知之外不能做其它的事情，那么該機(jī)制就是阻塞的，表現(xiàn)在程序中,也就是該程序一直阻塞在該函數(shù)調(diào)用處不能繼續(xù)往下執(zhí)行。

相反，有的人喜歡在銀行辦理這些業(yè)務(wù)的時(shí)候一邊打打電話發(fā)發(fā)短信一邊等待，這樣的狀態(tài)就是非阻塞的，因?yàn)樗?等待者)沒有阻塞在這個(gè)消息通知上，而是一邊做自己的事情一邊等待。

但是需要注意了，同步非阻塞形式實(shí)際上是效率低下的，想象一下你一邊打著電話一邊還需要抬頭看到底隊(duì)伍排到你了沒有。如果把打電話和觀察排隊(duì)的位置看成是程序的兩個(gè)操作的話，這個(gè)程序需要在這兩種不同的行為之間來回的切換，效率可想而知是低下的；而異步非阻塞形式卻沒有這樣的問題，因?yàn)榇螂娫捠悄?等待者)的事情，而通知你則是柜臺(tái)(消息觸發(fā)機(jī)制)的事情，程序沒有在兩種不同的操作中來回切換。

3 同步/異步與阻塞/非阻塞#

同步阻塞形式

效率是最低的，

拿上面的例子來說，就是你專心排隊(duì)，什么別的事都不做。

實(shí)際程序中：就是未對(duì)fd 設(shè)置O_NONBLOCK標(biāo)志位的read/write 操作；

異步阻塞形式

如果在銀行等待辦理業(yè)務(wù)的人采用的是異步的方式去等待消息被觸發(fā)（通知），也就是領(lǐng)了一張小紙條，假如在這段時(shí)間里他不能離開銀行做其它的事情，那么很顯然，這個(gè)人被阻塞在了這個(gè)等待的操作上面；

異步操作是可以被阻塞住的，只不過它不是在處理消息時(shí)阻塞，而是在等待消息通知時(shí)被阻塞。

比如select 函數(shù)，假如傳入的最后一個(gè)timeout參數(shù)為NULL，那么如果所關(guān)注的事件沒有一個(gè)被觸發(fā)，程序就會(huì)一直阻塞在這個(gè)select 調(diào)用處。

同步非阻塞形式

實(shí)際上是效率低下的，

想象一下你一邊打著電話一邊還需要抬頭看到底隊(duì)伍排到你了沒有，如果把打電話和觀察排隊(duì)的位置看成是程序的兩個(gè)操作的話，這個(gè)程序需要在這兩種不同的行為之間來回的切換，效率可想而知是低下的。

很多人會(huì)寫阻塞的read/write 操作，但是別忘了可以對(duì)fd設(shè)置O_NONBLOCK 標(biāo)志位，這樣就可以將同步操作變成非阻塞的了。

異步非阻塞形式

效率更高，

因?yàn)榇螂娫捠悄?等待者)的事情，而通知你則是柜臺(tái)(消息觸發(fā)機(jī)制)的事情，程序沒有在兩種不同的操作中來回切換。

比如說，這個(gè)人突然發(fā)覺自己煙癮犯了，需要出去抽根煙，于是他告訴大堂經(jīng)理說，排到我這個(gè)號(hào)碼的時(shí)候麻煩到外面通知我一下(注冊(cè)一個(gè)回調(diào)函數(shù))，那么他就沒有被阻塞在這個(gè)等待的操作上面，自然這個(gè)就是異步+非阻塞的方式了。

如果使用異步非阻塞的情況，比如aio_*組的操作，當(dāng)發(fā)起一個(gè)aio_read操作時(shí)，函數(shù)會(huì)馬上返回不會(huì)被阻塞，當(dāng)所關(guān)注的事件被觸發(fā)時(shí)會(huì)調(diào)用之前注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理。

很多人會(huì)把同步和阻塞混淆，我想是因?yàn)楹芏鄷r(shí)候同步操作會(huì)以阻塞的形式表現(xiàn)出來，比如很多人會(huì)寫阻塞的read/write操作，但是別忘了可以對(duì)fd設(shè)置O_NONBLOCK標(biāo)志位，這樣就可以將同步操作變成非阻塞的了。但最根本是因?yàn)闆]有區(qū)分這兩個(gè)概念，比如阻塞的read/write操作中，其實(shí)是把消息通知機(jī)制和等待消息通知的狀態(tài)結(jié)合在了一起，在這里所關(guān)注的消息就是fd是否可讀/寫，而等待消息通知的狀態(tài)則是對(duì)fd可讀/寫等待過程中程序（線程）的狀態(tài)。當(dāng)我們將這個(gè)fd設(shè)置為非阻塞的時(shí)候，read/write操作就不會(huì)在等待消息通知這里阻塞，如果fd不可讀/寫則操作立即返回。

同樣的，很多人也會(huì)把異步和非阻塞混淆，因?yàn)楫惒讲僮饕话愣疾粫?huì)在真正的IO操作處被阻塞，比如如果用select函數(shù)，當(dāng)select返回可讀時(shí)再去read一般都不會(huì)被阻塞，而是在select函數(shù)調(diào)用處阻塞。

4 小明的故事#

對(duì)上面所講的概念再次進(jìn)行一個(gè)場(chǎng)景梳理，上面已經(jīng)明確說明，同步/異步關(guān)注的是消息通知的機(jī)制，而阻塞/非阻塞關(guān)注的是程序（線程）等待消息通知時(shí)的狀態(tài)。以小明下載文件打個(gè)比方，從這兩個(gè)關(guān)注點(diǎn)來再次說明這兩組概念，希望能夠更好的促進(jìn)大家的理解。

同步阻塞：小明一直盯著下載進(jìn)度條，到 100% 的時(shí)候就完成。

同步體現(xiàn)在：等待下載完成通知；

阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成通知過程中，不能做其他任務(wù)處理；

同步非阻塞：小明提交下載任務(wù)后就去干別的，每過一段時(shí)間就去瞄一眼進(jìn)度條，看到 100% 就完成。

同步體現(xiàn)在：等待下載完成通知；

非阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成通知過程中，去干別的任務(wù)了，只是時(shí)不時(shí)會(huì)瞄一眼進(jìn)度條；【小明必須要在兩個(gè)任務(wù)間切換，關(guān)注下載進(jìn)度】

異步阻塞：小明換了個(gè)有下載完成通知功能的軟件，下載完成就“叮”一聲。不過小明仍然一直等待“叮”的聲音（看起來很傻，不是嗎）。

異步體現(xiàn)在：下載完成“叮”一聲通知；

阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成“叮”一聲通知過程中，不能做其他任務(wù)處理；

異步非阻塞：仍然是那個(gè)會(huì)“叮”一聲的下載軟件，小明提交下載任務(wù)后就去干別的，聽到“叮”的一聲就知道完成了。

異步體現(xiàn)在：下載完成“叮”一聲通知；

非阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成“叮”一聲通知過程中，去干別的任務(wù)了，只需要接收“叮”聲通知即可；【軟件處理下載任務(wù)，小明處理其他任務(wù)，不需關(guān)注進(jìn)度，只需接收軟件“叮”聲通知，即可】

也就是說，同步/異步是“下載完成消息”通知的方式（機(jī)制），而阻塞/非阻塞則是在等待“下載完成消息”通知過程中的狀態(tài)（能不能干其他任務(wù)），在不同的場(chǎng)景下，同步/異步、阻塞/非阻塞的四種組合都有應(yīng)用。

所以，綜上所述，同步和異步僅僅是關(guān)注的消息如何通知的機(jī)制，而阻塞與非阻塞關(guān)注的是等待消息通知時(shí)的狀態(tài)。也就是說，同步的情況下，是由處理消息者自己去等待消息是否被觸發(fā)，而異步的情況下是由觸發(fā)機(jī)制來通知處理消息者，所以在異步機(jī)制中，處理消息者和觸發(fā)機(jī)制之間就需要一個(gè)連接的橋梁：

在銀行的例子中，這個(gè)橋梁就是小紙條上面的號(hào)碼。

在小明的例子中，這個(gè)橋梁就是軟件“叮”的聲音。

最后，請(qǐng)大家注意理解“消息通知機(jī)制”和“等待消息通知時(shí)的狀態(tài)”這兩個(gè)概念，這是理解四個(gè)概念的關(guān)鍵所在。

作者：猿碼道
鏈接：https://www.jianshu.com/p/aed6067eeac9
來源：簡(jiǎn)書
簡(jiǎn)書著作權(quán)歸作者所有，任何形式的轉(zhuǎn)載都請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)并注明出處。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的聊聊同步、异步、阻塞与非阻塞的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。