同步/异步，阻塞/非阻塞

摘要: 更好的理解 同步/异步，阻塞/非阻塞的概念和机制

一、同步与异步

同步/异步, 它们是消息的通知机制

1. 概念解释

• 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。

最常见的例子就是 SendMessage。

该函数发送一个消息给某个窗口，在对方处理完消息之前，这个函数不返回。

当对方处理完毕以后，该函数才把消息处理函数所返回的值返回给调用者。

我们经常的方法的调用大部分是同步，在方法内部调用另外的方法，往往都是在等待方法的处理结果然后获取结果，接着进行后续的处理。

在我们进行断点调试时，可以看出方法的执行就如流水一样，一句一句执行，一句未执行完毕就等待。

我们将这种想法放到一些需要协同工作，或者需要花费一定时间的处理中去看就能更好的理解。

如：在同步机制中获取文件，在文件内容返回之前，后续代码无法执行，只有等待。

• 异步

异步的概念和同步相对。

当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。

实际处理这个调用的部件是在调用发出后，

通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

以 Socket为例，

当一个客户端通过调用 Connect函数发出一个连接请求后，调用者线程不用等待结果，可立刻继续向下运行。

当连接真正建立起来以后，socket底层会发送一个消息通知该对象。

• 三种返回结果途径

执行部件和调用者可以通过三种途径返回结果：

 1. 状态 2. 通知 3. 回调函数。

可以使用哪一种依赖于执行部件的实现，除非执行部件提供多种选择，否则不受调用者控制。

a. 如果执行部件用状态来通知：

那么调用者就需要每隔一定时间检查一次，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，这其实是一种很严重的错误。

b. 如果是使用通知的方式：

效率则很高，因为执行部件几乎不需要做额外的操作。

c. 至于回调函数，和通知没太多区别。

我所理解的状态、通知和回调：状态，是调用者和执行者商量一个状态，执行者在执行到不同状态时，去改变那个公共的信号，调用者不停的去看看状态改变没有，然后根据改变执行相应的事情；通知就是，我执行完之后直接通知你去做事情。回调也类似

2. 举例说明

看一个例子：1940年，我是一名党的高级特工，受组织派遣，深入敌后，展开卧底行动。

同步：

组织在得到我的结果前，不做事情，等待我的结果，然后做出行动；

异步：

组织可以去干一些不依赖我结果的事情，截个道啊，抢个仓啊：

    状态：我和组织约定，已城门楼子的旗号为信号，白旗，鬼子要扫荡，黄旗，鬼子出城了，组织排个人每天看看旗子，哎，效率肯定不行    通知：鬼子出动了，我拿出iphone，直接call我的上级领导，他们就做好准备开打    回调：组织早做好准备了，我这完了，直接去做那些准备好的事情了。

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)往往注册一个回调机制,在所等待的事件被触发时由触发机制(在这里是柜台的人)通过某种机制(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,触发机制通过fd 找到处理该fd的处理函数.

3. 在实际的程序中,

• 同步消息通知机制：
  就好比简单的read/write 操作,它们需要等待这两个操作成功才能返回;

     同步, 是由处理消息者自己去等待消息是否被触发;

• 异步消息通知机制：类似于select/poll 之类的多路复用IO 操作,

            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;

还是回到上面的例子,

轮到鬼子来没来, 这个就是你关注的消息,

而来了我们怎么应对, 就是对这个消息的处理,

两者是有区别的.

而在真实的IO 操作时: 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,

好比说,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(存钱还是取钱)他们是不知道的.

二、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之前，当前线程会被挂起。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，实际上他是不同的。

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。

socket接收数据函数recv是一个阻塞调用的例子。

当socket工作在阻塞模式的时候， 如果没有数据的情况下调用该函数，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。

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。

2. 举例说明

继续上面的那个例子,

不论是叫个人天天蹲着等消息，还是使用call等待通知,

如果在这个等待的过程中,

. 等待者除了等待消息之外不能做其它的事情,那么该机制就是阻塞的,

表现在程序中,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,在等待的时候我们可以磨磨枪，埋埋雷，,这样的状态就是非阻塞的,

因为他(等待者)没有阻塞在这个消息通知上,而是一边做自己的事情一边等待.

三、易混淆的点

很多人也会把异步和非阻塞混淆,

因为异步操作一般都不会在真正的IO 操作处被阻塞,

比如如果用select 函数,当select 返回可读时再去read 一般都不会被阻塞

可见,同步/异步与阻塞/非阻塞是两组不同的概念,它们可以共存组合,

而很多人之所以把同步和阻塞混淆,我想也是因为没有区分这两个概念,

比如阻塞的read/write 操作中,其实是把消息通知和处理消息结合在了一起,

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.

当我们将这个fd 设置为非阻塞的时候,read/write 操作就不会在等待消息通知这里阻塞,

如果fd 不可读/写则操作立即返回.

四、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，

拿上面的例子来说，就是你专心等待，什么别的事都不做。

实际程序中

就是未对fd 设置O_NONBLOCK 标志位的read/write 操作,

异步阻塞形式:

异步操作是可以被阻塞住的,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.

比如select 函数,

假如传入的最后一个timeout 参数为NULL,那么如果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:

实际上是效率低下的,

想象一下你一边做着事情一边看消息到了没有,

如果把磨枪和观察消息是程序的两个操作的话,

这个程序需要在这两种不同的行为之间来回的切换,效率可想而知是低下的;

很多人会写阻塞的read/write 操作,

但是别忘了可以对fd 设置O_NONBLOCK 标志位,这样就可以将同步操作变成非阻塞的了;