同步、异步、阻塞及非阻塞

  同步、异步、阻塞及非阻塞是开发中经常遇到的概念,有区别又有联系,极其容易混淆。在深入理解这些概念的时候,需要借助现实中的例子来辅助。

概念解释

同步:在调用操作未完成前,调用者一直在等待这个结果,不得到结果不返回。

异步:在调用后,调用者直接返回,不主动获取和等待调用结果。而是被调用者通过通知或者回调函数来通知调用者。

阻塞:调用时,由于被调用者状态未就绪,导致调用线程被挂起。状态未就绪并不是指调用者运行缓慢,时间久。

非阻塞:调用时,被调用者如果就绪则立即返回结果,如果未就绪也会返回一个错误值,告诉调用者当前的状态。调用者可根据错误值选择再次调用,还是执行异常处理。

区别

在上面的表述中,很容易发现同步和阻塞,异步和非阻塞是一个概念(也可能我表达能力差。哈哈)。实际上,同步异步、阻塞非阻塞分别是不同维度的概念:

同步异步侧重于描述调用者进行调用之后的行为(以io读写操作为例):

1.同步在调用后,会主动去获取调用结果,无论是以阻塞方式还是非阻塞轮询方式,调用者需要自己去调用send和recv读写数据。所以像select,epoll等都是同步方式。

2.异步在调用后,就继续执行其它的工作,读取数据的工作由内核去操作,当数据已经就绪并拷贝到用户空间后,通过通知或者回调函数的形式通知调用者进行数据处理。像mina就是典型的异步模式。
由此可见,同步异步的区别在于同步需要调用者读写数据,而异步不需要读写数据

阻塞和非阻塞侧重于描述被调用者在执行时所处于的状态:

1.阻塞操作是被调用者由于数据未准备好,如内核发送缓冲区满或者接收缓冲区空等原因,导致send和recv接口无法返回,此时操作系统将读写线程挂起,让出时间片。

注意:读写操作慢,并不是上文所说的阻塞情况。

2.非阻塞操作正好相反,当数据未准备好时,会立即返回给调用者一个结果,如-1,同时设置errno,调用者根据errno判断是否要重新读取数据。

例子

老张爱喝茶,废话不说,煮开水。
出场人物:老张,水壶两把(普通水壶,简称水壶;会响的水壶,简称响水壶)。
1.老张把水壶放到火上,立等水开。(同步阻塞)老张觉得自己有点傻

2.老张把水壶放到火上,去客厅看电视,时不时去厨房看看水开没有。(同步非阻塞)
老张还是觉得自己有点傻,于是变高端了,买了把会响笛的那种水壶。水开之后,能大声发出嘀~~~~的噪音。

3.老张把响水壶放到火上,立等水开。(异步阻塞)
老张觉得这样傻等意义不大

4.老张把响水壶放到火上,去客厅看电视,水壶响之前不再去看它了,响了再去拿壶。(异步非阻塞)
老张觉得自己聪明了。

所谓同步异步,只是对于水壶而言。
普通水壶,同步;响水壶,异步。
虽然都能干活,但响水壶可以在自己完工之后,提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。
同步只能让调用者去轮询自己(情况2中),造成老张效率的低下。
所谓阻塞非阻塞,仅仅对于老张而言。
立等的老张,阻塞;看电视的老张,非阻塞。
情况1和情况3中老张就是阻塞的,媳妇喊他都不知道。虽然3中响水壶是异步的,可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的,这样才能发挥异步的效用。

常见的应用情况

在进行io操作时,阻塞和非阻塞都是同步的,只有一些特殊的api才是异步io。即使java的NIO也是同步操作,底层以select和epoll实现的。