如何理解異步/同步 與 阻塞/非阻塞

Author: bugall
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一： 引言

在面試中咱們會碰到這種場景：
面試官：能解釋下什麼是同步,異步麼？

程序員：假如咱們執行A,B兩個IO操做的時候，若是必須等待A完成後才能執行B那麼這個就是

同步的，若是A,B能夠同時執行那麼就是異步的。

面試官：那能解釋下什麼是阻塞什麼是非阻塞麼？

程序員：若是必須等待A完成後才能執行B那麼這個就是阻塞的，若是A,B能夠同時執行那麼就 是非阻塞的

面試官：那你的意思異步/同步的概念與阻塞非阻塞同樣了？

程序員：嗄。。。能夠這麼說吧。我以爲能夠併發執行的就是異步非阻塞的。one by one執行 的就是同步阻塞的

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二：區分

每一個人看去看同一個問題都會有不一樣的理解，緣由就是由於每一個人的看待問題的深度不同，就像上面的對白，程
序員的理解只是停留在應用層面，代碼裏有多個IO操做，每一個IO操做均可以不用互相等待的「同時」執行。

接下來咱們就來探討下異步/同步與阻塞/非阻塞它們其中的區別。

阻塞 / 非阻塞描述的是函數, 指訪問某個函數時是否會阻塞線程(block)，致使線程進入阻塞狀態。
同步 / 異步描述的是執行IO操做的主體是誰，同步是由用戶態的進程本身去執行IO操做，異步是用戶態進程不關心IO細節，由內核態進程去完成IO操做而後通知用戶態進程。

好的，如今定義已經描述完了。如今能夠區分它們之間的區別了麼？(吃瓜羣衆：這TM的寫的是什麼？) ，別急，咱們下面舉慄說明，包教包會。

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三：舉慄

通常來講IO分爲兩個階段，第一階段是等待數據階段，第二階段是內核空間的數據拷貝到用戶空間，假設一個線程(或是進程)P準備執行一個IO操做的話它會經歷如下過程：

第一階段：

P發出一個IO請求，這時候會有兩種狀況：
1：馬上返回： 非阻塞
2：一直等待，P調用sleep/wait休眠或是掛起，讓出CPU給別的線程/進程  阻塞

第二階段：

這時內核的數據終於準備好了，
那麼如今用戶進程想要讀取內核空間的數據有兩種方式:
1:  P本身把數據從內核空間拷貝到用戶空間       同步
2：P建立一個線程作數據copy的工做        異步

如今應該明白了吧。阻塞/非阻塞是針對IO的第一階段的描述。異步/同步是針對IO的第二階段的描述也就是IO的主體。

這裏主要比較難理解的就是同步/異步。首先P在發起IO的請求的時候若是P自己還要負責IO請求後的數據copy(內核空間到用戶空間)工做。那麼咱們就能夠說是同步的。

若是P在發起IO操做後數據copy的工做由內核線程/進程或是P本身再建立一個線程/進程去完成，那麼咱們就能夠稱之爲異步

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四：排列組合

同步阻塞IO：

• 同一個線程在操做IO時一直阻塞，直到讀取數據成功，而後線程自己負責把數據從核心空間拷貝到用戶空間

同步非阻塞：

• 同一個線程發起IO後，當即得到返回，後面按期輪詢數據讀取狀況，發現數據讀取成功，線程自己負責把數據從核心空間拷貝到用戶空間

異步非阻塞：

• 一個線程發起IO後，當即返回，由另外的線程發現數據讀取成功，把數據從核心空間拷貝到用戶空間。

非阻塞同步IO因爲讀寫方法非阻塞，而且須要用戶本身來進行讀寫，因此每次調用讀寫方法實際讀寫的字節數是不肯定的，因此須要一個Buffer來保存每次讀寫的字節狀態。更重要的是用戶不知道何時完成了讀寫，通常須要用
while循環判斷Buffer的狀態來跟蹤讀寫。非阻塞異步IO因爲是內核線程進行讀寫，而且在IO完成後會回調用戶提供的callback，編程模型就比較簡單，用戶只須要調用讀寫，提供回調就能夠了，好比 read(filename, callback)select / poll / epoll 從本質上說都是非阻塞同步IO，select會收到IO就緒的狀態，而後通知用戶去處理

IO，實際的IO操做還須要用戶等待內核複製操做。

要理解IO就緒和完成的區別。就緒指的是還須要用戶本身去處理，完成指的是內核幫助完成了，用戶不用關心IO過

程，只須要提供回調函數。

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五：並行/併發與異步

並行

• 對多處理器而言--多個程序在同一時刻發生，具備併發的含義，但併發不必定並行，也亦是說併發事件之間不必定要同一時刻發生。

• 並行：在單處理器中多道程序設計系統中，進程被交替執行，表現出一種併發的外部特種；在多處理器系統中，進
  程不只能夠交替執行，並且能夠重疊執行。在多處理器上的程序纔可實現並行處理。計算機操做系統中把並行性和併發性明顯區分開，主要是從微觀的角度來講的，具體是指進程的並行性（多處理機的狀況下，多個進程同時運行）和併發性（單處理機的狀況下，多個進程在同一時間間隔運行的）

併發

對單處理器而言--多個程序在同一時間段發生；

• 併發中又有：互斥和同步：

  互斥：進程間相互排斥使用臨界資源；好比寫操做；
  
  同步：不是排斥關係而是依賴關係，前一個進程的輸出是後一個進程的輸入
  
  當第一個進程沒有結束時第二個進程必須等待，相互協同完成一些事情；
  
  具備同步關係的一組進程併發時發送的消息稱爲消息或者事件；

• 同步和異步：

  異步：就是線程B在等待A的結果的時候還能夠繼續幹本身的事兒，
  
  之間經過消息和事件來通知對方，提升了程序運行的效率。
  
  簡而言之，就是否是站在那兒傻傻死等；異步和多線程並非一回事，
  
  異步是最終目的，多線程只是實現的一種方法。