聊聊同步異步、阻塞非阻塞

背景

很多人在同步異步、阻塞非阻塞這2組概念上不能講的很清楚，而且網絡上也有幾種完全不同的看法，總之這個部分有不少爭議。

筆者也在這部分困惑過，花了一些時間去弄透這個問題，以下是個人理解的一些總結。希望能幫到大家。

1. 通用概念

例子：”我”燒水(注意：這裏的主語是”我”，也就是我們討論的who)

1.1. 同步異步

1.1.1. 例子

關注點：是否需要”我主動”去看水燒開沒(注意，”我”和”主動”這兩個詞)

• 同步：“我”要主動看水燒開沒
• 異步：不需要”我”主動去看水燒開，水壺響了通知”我”

1.1.2. 概念

抽象概念：事情執行者對事情結果的獲取機制（who：事情執行者）

• 同步：事情執行者主動獲取事情結果
• 異步：事情執行者被動獲取事情結果

1.2. 阻塞非阻塞

1.2.1. 例子

關注點：水燒開前，”我”能不能去做其他事情

• 阻塞： 
  
  1. 水沒燒開，我一直等着（全程阻塞）
  2. 我去幹其他事情了，但是隔一會兒來看一次水燒開沒（來看的時候阻塞）
• 非阻塞： 
  水沒燒開，”我”去拖地了,拖完地又看了會兒電視

1.2.2. 概念

抽象概念：事情執行者得到事情結果前能不能去做其他事情（who：事情執行者）

• 阻塞：事情執行者得到結果前不能去做其他事情
• 非阻塞：事情執行者得到結果前可以去做其他事情

1.3. 總結

1. 同步一定是會發生阻塞的，只是阻塞的時間長短問題。 
   
   • 我主動看水燒開（同步），水燒開前我一直等着（阻塞）：全程阻塞
   • 我主動看水燒開（同步），隔一會兒來看水燒開（看的過程是阻塞）：局部阻塞
2. 異步一定是非阻塞的： 
   
   • 不需要我主動去看水燒開（異步），燒水過程中我可以去做任何事情（非阻塞）。

2. 網絡編程層面

網絡編程層面主要涉及的就是IO，所以，這裏主要講IO。這塊兒其實在《UNIX網絡編程卷1 第6章 IO複用》中講的非常清楚了，建議大家看一下，我引用其中的一些關鍵點。具體的可以找書去看。

2.1. POSIX定義

• 同步I/O操作：導致請求進程阻塞，直到I/O操作完成；
• 異步I/O操作：不導致請求進程阻塞。

2.2. IO模型

根據POXIX的定義，下面圖中的五種IO模型，其實前四種都是同步IO。 
 

2.3. 總結

注意：這裏的who是進程

2.3.1. 同步IO

1. 進程主動查看關心的IO事件是否就緒，就緒時再執行相關操作 
   
   • 注意：進程的阻塞發生在select/epoll/poll等待事件時
2. 進程主動執行讀寫 
   
   • 注意：進程的阻塞發生在數據未到達（設備未收到數據），或者未就緒（內核空間和用戶空間的數據copy未完成）

2.3.2. 異步IO

異步IO是需要底層操作系統內核做支持的，比如linux的AIO， windows的IOCP。

1. 進程不用主動去查看關心的IO事件，只需要把關心的IO事件、數據buffer以及要綁定的回調函數或者signal直接告訴內核，內核發現IO時間就緒時，直接調用回調函數或者發送綁定的signal 
   
   • 注意：IO事件相關的數據，由內核直接將數據copy到用戶空間（異步讀），或者從用戶空間copy至內核空間（異步寫）
2. 進程被動執行數據操作 
   
   • 注意：進程收到內核通知後，在1中綁定的數據buffer裏就已經有數據了，進程直接對數據進行相關處理即可。