網絡編程釋疑之：同步，異步，阻塞，非阻塞

一講到網絡編程的I/O模型，總會涉及到這幾個概念。問了不少人，沒幾個能清晰地講出他們之間的區別聯繫，甚至在網絡上也有不少不一樣的觀點，也不知是中國文字釋義的博大精深，仍是原本這幾個概念就是繞人不倦。今天我也來給你們講解一下我對這幾個概念的理解。

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既然網絡上衆說紛紜，不如找個權威參考一下，這個權威就是《UNIX網絡編程：卷一》第六章——I/O複用。書中向咱們說起了5種類UNIX下可用的I/O模型：

• 阻塞式I/O；

• 非阻塞式I/O；

• I/O複用（select，poll，epoll...）；

• 信號驅動式I/O（SIGIO）；

• 異步I/O（POSIX的aio_系列函數）；

阻塞式I/O模型：默認狀況下，全部套接字都是阻塞的。怎麼理解？先理解這麼個流程，一個輸入操做一般包括兩個不一樣階段：

（1）等待數據準備好；
（2）從內核向進程複製數據。

對於一個套接字上的輸入操做，第一步一般涉及等待數據從網絡中到達。當全部等待分組到達時，它被複制到內核中的某個緩衝區。第二步就是把數據從內核緩衝區複製到應用程序緩衝區。 好，下面咱們以阻塞套接字的recvfrom的的調用圖來講明阻塞

標紅的這部分過程就是阻塞，直到阻塞結束recvfrom才能返回。

非阻塞式I/O： 如下這句話很重要：進程把一個套接字設置成非阻塞是在通知內核，當所請求的I/O操做非得把本進程投入睡眠才能完成時，不要把進程投入睡眠，而是返回一個錯誤。看看非阻塞的套接字的recvfrom操做如何進行

能夠看出recvfrom老是當即返回。

I/O多路複用：雖然I/O多路複用的函數也是阻塞的，可是其與以上兩種仍是有不一樣的，I/O多路複用是阻塞在select，epoll這樣的系統調用之上，而沒有阻塞在真正的I/O系統調用如recvfrom之上。如圖

信號驅動式I/O：用的不多，就不作講解了。直接上圖

異步I/O：這類函數的工做機制是告知內核啓動某個操做，並讓內核在整個操做（包括將數據從內核拷貝到用戶空間）完成後通知咱們。如圖：

注意紅線標記處說明在調用時就能夠立馬返回，等函數操做完成會通知咱們。

等等，你們必定要問了，同步這個概念你怎麼沒涉及啊？別急，您先看總結。 其實前四種I/O模型都是同步I/O操做，他們的區別在於第一階段，而他們的第二階段是同樣的：在數據從內核複製到應用緩衝區期間（用戶空間），進程阻塞於recvfrom調用。相反，異步I/O模型在這兩個階段都要處理。

再看POSIX對這兩個術語的定義：

• 同步I/O操做：致使請求進程阻塞，直到I/O操做完成；

• 異步I/O操做：不致使請求進程阻塞。

好，下面我用個人語言來總結一下阻塞，非阻塞，同步，異步

• 阻塞，非阻塞：進程/線程要訪問的數據是否就緒，進程/線程是否須要等待；

• 同步，異步：訪問數據的方式，同步須要主動讀寫數據，在讀寫數據的過程當中仍是會阻塞；異步只須要I/O操做完成的通知，並不主動讀寫數據，由操做系統內核完成數據的讀寫。

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下面是我在知乎上看到的例子的解釋～～～

老張愛喝茶，廢話不說，煮開水。
出場人物：老張，水壺兩把（普通水壺，簡稱水壺；會響的水壺，簡稱響水壺）。
1 老張把水壺放到火上，立等水開。（同步阻塞）
老張以爲本身有點傻
2 老張把水壺放到火上，去客廳看電視，時不時去廚房看看水開沒有。（同步非阻塞）
老張仍是以爲本身有點傻，因而變高端了，買了把會響笛的那種水壺。水開以後，能大聲發出嘀~~~~的噪音。
3 老張把響水壺放到火上，立等水開。（異步阻塞）
老張以爲這樣傻等意義不大
4 老張把響水壺放到火上，去客廳看電視，水壺響以前再也不去看它了，響了再去拿壺。（異步非阻塞）
老張以爲本身聰明瞭。


所謂同步異步，只是對於水壺而言。
普通水壺，同步；響水壺，異步。
雖然都能幹活，但響水壺能夠在本身完工以後，提示老張水開了。這是普通水壺所不能及的。
同步只能讓調用者去輪詢本身（狀況2中），形成老張效率的低下。

所謂阻塞非阻塞，僅僅對於老張而言。
立等的老張，阻塞；看電視的老張，非阻塞。
狀況1和狀況3中老張就是阻塞的，媳婦喊他都不知道。雖然3中響水壺是異步的，可對於立等的老張沒有太大的意義。因此通常異步是配合非阻塞使用的，這樣才能發揮異步的效用。

做者：愚抄連接：http://www.zhihu.com/question/19732473/answer/23434554來源：知乎著做權歸做者全部，轉載請聯繫做者得到受權。