阻塞/非阻塞/同步/异步的区别

参考博客

http://www.cnblogs.com/rama/p/4362593.html
http://www.cnblogs.com/peter1994/p/7645338.html
http://www.cnblogs.com/Anker/p/5965654.html
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/

在进行网络编程时,我们常常见到同步(Sync)/异步(Async),阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)四种调用方式。这些方式彼此概念并不好理解。下面是我对这些术语的理解。
同步: 所谓同步,就是在发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,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.
异步: 当一个异步过程调用发出后,调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后,通过状态、通知和回调来通知调用者。
阻塞: 阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起(线程进入非可执行状态,在这个状态下,cpu不会给线程分配时间片,即线程暂停运行,把计算资源让给其他活动线程,
当I/O操作结束,该线程阻塞状态解除,重新变成活动线程,继续争用CPU)。函数只有在得到结果之后才会返回。有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来,实际上它们是不同的。对于同步调用来说,很多时候当前线程还是激活的,只是从逻辑上当前函数没有返回而已。
非阻塞: 非阻塞和阻塞的概念相对应,指在不能立刻得到结果之前,该函数不会阻塞当前线程,而会立刻返回。
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不是阻塞调用有很强的相关性,但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式,我们可以通过一定的API去轮询状态,在适当的时候调用阻塞函数,就可以避免阻塞。
而对于非阻塞对象,调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。

  1. 同步: 就是我调用一个功能,该功能没有结束前,我死等结果。
  2. 异步: 就是我调用一个功能,不需要知道该功能结果,该功能有结果后通知我(回调通知)
  3. 阻塞: 就是调用我(函数),我(函数)没有接收完数据或者没有得到结果之前,我不会返回。
  4. 非阻塞: 就是调用我(函数),我(函数)立即返回,通过select通知调用者
    同步IO和异步IO的区别就在于:数据拷贝的时候进程是否阻塞!
    阻塞IO和非阻塞IO的区别就在于:应用程序的调用是否立即返回!

同步(synchronous) IO和异步(asynchronous) IO,阻塞(blocking) IO和非阻塞(non-blocking)IO分别是什么,到底有什么区别?用例子如何做比喻?

比喻1

有A,B,C,D四个人在钓鱼:
A用的是最老式的鱼竿,所以呢,得一直守着,等到鱼上钩了再拉杆;
B的鱼竿有个功能,能够显示是否有鱼上钩,所以呢,B就和旁边的MM聊天,隔会再看看有没有鱼上钩,有的话就迅速拉杆;
C用的鱼竿和B差不多,但他想了一个好办法,就是同时放好几根鱼竿,然后守在旁边,一旦有显示说鱼上钩了,它就将对应的鱼竿拉起来;
D是个有钱人,干脆雇了一个人帮他钓鱼,一旦那个人把鱼钓上来了,就给D发个短信。
同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
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.
总结来说,是否是阻塞还是非阻塞,关注的是接口调用(发出请求)后等待数据返回时的状态。被挂起无法执行其他操作的则是阻塞型的,可以被立即「抽离」去完成其他「任务」的则是非阻塞型的。
是同步还是异步,关注的是任务完成时消息通知的方式。由调用方盲目主动问询的方式是同步调用,由被调用方主动通知调用方任务已完成的方式是异步调用。

比喻2

链接:https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/23434554
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。

比喻3

链接:http://maples7.com/2016/08/24/understand-sync-async-and-blocking-non-blocking/
假设小明需要在网上下载一个软件:
如果小明点击下载按钮之后,就一直干瞪着进度条不做其他任何事情直到软件下载完成,这是同步阻塞;
如果小明点击下载按钮之后,就一直干瞪着进度条不做其他任何事情直到软件下载完成,但是软件下载完成其实是会「叮」的一声通知的(但小明依然那样干等着),这是异步阻塞;(不常见)
如果小明点击下载按钮之后,就去做其他事情了,不过他总需要时不时瞄一眼屏幕看软件是不是下载完成了,这是同步非阻塞;
如果小明点击下载按钮之后,就去做其他事情了,软件下载完之后「叮」的一声通知小明,小明再回来继续处理下载完的软件,这是异步非阻塞。

相信看完以上三个案例之后,这几个概念已经能够分辨得很清楚了。
总的来说,同步和异步关注的是任务完成消息通知的机制,而阻塞和非阻塞关注的是等待任务完成时请求者的状态。
(A)同步和异步,是针对调用结果是如何返回给调用者来说的,即调用的结果是调用者主动去获取的(比如一直等待recvfrom或者设置超时等待select),则为同步,而调用结果是被调用者在完成之后通知调用者的,则为异步(比如windows的IOCP)。
(B)阻塞和非阻塞,是针对调用者所在线程是否在调用之后主动挂起来说的,即如果在线程中调用者发出调用之后,再被调用这返回之前,该线程主动挂起,则为阻塞,若线程不主动挂起,而继续向下执行,则为非阻塞。
这样,在网络IO中,同步异步,阻塞非阻塞,就可以形成2x2 = 4种情况:
(1)同步阻塞: 调用者发出某调用之后(比如调用了read函数),如果函数不能立即返回,则挂起所在线程,等待结果;
(2)同步非阻塞:调用者发出调用之后(比如read),如果当时有数据可读,则读取并返回,如果没有数据可读,则线程继续向下执行。在实际使用时,read调用会在一个循环中,这样就可以不断的读取数据(尽管可能某次read操作并不能获得任何数据);
(3)异步阻塞:调用者发出调用之后(如async_recv),线程挂起,被调用的读操作由系统(或者库)来进行,等待有结果之后,系统(或者库)通过某种机制来通知调用者(在调用者获得结果之前,调用者所在线程一直阻塞,这个看起来和同步阻塞很像,
但可以这样理解,同步阻塞相当于调用者A调用了一个函数F,F是在调用者A所在的线程中完成的,而异步阻塞相当于调用者A发出对F的调用,然后A所在线程挂起,而实际F是在另一个线程中完成,然后另一个线程通知给A所在的线程,更准确的是将两个线程分别换成用户进程和内核);
(4)异步非阻塞:调用者发出调用之后(如async_recv),线程继续进行别的操作,被调用的读操作由系统(或者库)来进行,等待有结果之后,系统(或者库)通过某种机制(一般为调用调用者设置的回调函数)来通知调用者

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