同步/異步/阻塞/非阻塞差別

轉自于 http://www.cppblog.com/converse/archive/2009/05/13/82879.html 首先來解釋同步和異步的概念,這兩個概念與消息的通知機制有關.

舉個例子,比如我去銀行辦理業務,可能選擇排隊等候,也可能取一個小紙條上面有我的号碼,等到排到我這一号時由櫃台的人通知我輪到我去辦理業務了.

前者(排隊等候)就是同步等待消息,而後者(等待别人通知)就是異步等待消息.在異步消息進行中,等待消息者(在這個例子中就是等待辦理業務的人)往往注冊一個回調機制,在所等待的事件被觸發時由觸發機制(在這裡是櫃台的人)通過某種機制(在這裡是寫在小紙條上的号碼)找到等待該事件的人.

而在實際的程式中,同步消息處理就好比簡單的read/write操作,它們需要等待這兩個操作成功才能傳回;而異步處理機制就是類似于select/poll之類的多路複用IO操作,當所關注的消息被觸發時,由消息觸發機制通知觸發對消息的處理.

其次再來解釋一下阻塞和非阻塞,這兩個概念與程式等待消息(無所謂同步或者異步)時的狀态有關.

繼續上面的那個例子,不論是排隊還是使用号碼等待通知,如果在這個等待的過程中,等待者除了等待消息之外不能做其它的事情,那麼該機制就是阻塞的,表現在程式中,也就是該程式一直阻塞在該函數調用處不能繼續往下執行.相反,有的人喜歡在銀行辦理這些業務的時候一邊打打電話發發短信一邊等待,這樣的狀态就是非阻塞的,因為他(等待者)沒有阻塞在這個消息通知上,而是一邊做自己的事情一邊等待.但是需要注意了,第一種同步非阻塞形式實際上是效率低下的,想象一下你一邊打着電話一邊還需要擡頭看到底隊伍排到你了沒有,如果把打電話和觀察排隊的位置看成是程式的兩個操作的話,這個程式需要在這兩種不同的行為之間來回的切換,效率可想而知是低下的;而後者,異步非阻塞形式卻沒有這樣的問題,因為打電話是你(等待者)的事情,而通知你則是櫃台(消息觸發機制)的事情,程式沒有在兩種不同的操作中來回切換.

很多人會把同步和阻塞混淆,我想是因為很多時候同步操作會以阻塞的形式表現出來,比如很多人會寫阻塞的read/write操作,但是别忘了可以對fd設定O_NONBLOCK标志位,這樣就可以将同步操作變成非阻塞的了;同樣的,很多人也會把異步和非阻塞混淆,因為異步操作一般都不會在真正的IO操作處被阻塞,比如如果用select函數,當select傳回可讀時再去read一般都不會被阻塞,就好比當你的号碼排到時一般都是在你之前已經沒有人了,是以你再去櫃台辦理業務就不會被阻塞.

可見,同步/異步與阻塞/非阻塞是兩組不同的概念,它們可以共存組合,也可以參見這裡:

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/同步和異步:上面提到過,同步和異步僅僅是關于所關注的消息如何通知的機制,而不是處理消息的機制.也就是說,同步的情況下,是由處理消息者自己去等待消息是否被觸發,而異步的情況下是由觸發機制來通知處理消息者,是以在異步機制中,處理消息者和觸發機制之間就需要一個連接配接的橋梁,在我們舉的例子中這個橋梁就是小紙條上面的号碼,而在select/poll等IO多路複用機制中就是fd,當消息被觸發時,觸發機制通過fd找到處理該fd的處理函數.

請注意了解消息通知和處理消息這兩個概念,這是了解這個問題的關鍵所在.還是回到上面的例子,輪到你辦理業務這個就是你關注的消息,而去辦理業務就是對這個消息的處理,兩者是有差別的.而在真實的IO操作時,所關注的消息就是該fd是否可讀寫,而對消息的處理就是對這個fd進行讀寫.同步/異步僅僅關注的是如何通知消息,它們對如何處理消息并不關心,好比說,銀行的人僅僅通知你輪到你辦理業務了,而如何辦理業務他們是不知道的.

而很多人之是以把同步和阻塞混淆,我想也是因為沒有區分這兩個概念,比如阻塞的read/write操作中,其實是把消息通知和處理消息結合在了一起,在這裡所關注的消息就是fd是否可讀/寫,而處理消息則是對fd讀/寫.當我們将這個fd設定為非阻塞的時候,read/write操作就不會在等待消息通知這裡阻塞,如果fd不可讀/寫則操作立即傳回.

很多人又會問了,異步操作不會是阻塞的吧?已經通知了有消息可以處理了就一定不是阻塞的了吧?

其實異步操作是可以被阻塞住的,隻不過通常不是在處理消息時阻塞,而是在等待消息被觸發時被阻塞.比如select函數,假如傳入的最後一個timeout參數為NULL,那麼如果所關注的事件沒有一個被觸發,程式就會一直阻塞在這個select調用處.而如果使用異步非阻塞的情況,比如aio_*組的操作,當我發起一個aio_read操作時,函數會馬上傳回不會被阻塞,當所關注的事件被觸發時會調用之前注冊的回調函數進行處理,具體可以參見我上面的連接配接給出的那篇文章.回到上面的例子中,如果在銀行等待辦理業務的人采用的是異步的方式去等待消息被觸發,也就是領了一張小紙條,假如在這段時間裡他不能離開銀行做其它的事情,那麼很顯然,這個人被阻塞在了這個等待的操作上面;但是呢,這個人突然發覺自己煙瘾犯了,需要出去抽根煙,于是他告訴大堂經理說,排到我這個号碼的時候麻煩到外面通知我一下(注冊一個回調函數),那麼他就沒有被阻塞在這個等待的操作上面,自然這個就是異步+非阻塞的方式了.

同步和異步與阻塞與非阻塞是在通信和I/O中常用的字眼，之前在許多地方同步與阻塞，異步與非阻塞常常被混為一談，帶來了許多混亂，其實同步、異步和阻塞、非阻塞是兩個不同的概念。最近随着異步IO（AIO）越來越多的應用，對這兩個概念進行區分和解釋的文章也越來越多，但是問起身邊的同學，能說清楚的倒也不多，是以我就順便跟風寫一篇科普文吧（越來越水了=_=）。

同步(synchronous)和異步(asynchronous)其實是針對消息的發送和接受的次序而言的（在通信中就是消息的發送和接收，在IO中就是資料的讀和寫）。同步的意思就是消息的發送和接收是有序的，即接收和發送第二個包一定在第一個包之後第三個包之前，而不是亂序。異步的意思就是消息的發送和接收是可以亂序的，第一個包沒發完可以直接發第二個包。

至于阻塞（block）和非阻塞（non-block）其實描述的是程序或線程進行等待時的一種方式。阻塞的意思是等待時程序或線程需要挂起，而非阻塞則是等待時線程或程序不需要被挂起，不影響線程的執行，這時線程或程序可以繼續處理其它事物，不因為這個等待而受到影響（當然它仍然在等待這個消息，隻不過可能會線上程或程序執行周期的某一個地方去檢視消息的通知，而不是立即在原地等待）。

舉個例子，兩個人之間發短信，最簡單的就是同步阻塞的方式，一個人發短信，然後啥也不幹地等在手機前面，直到對方回信，接下來才發第二條短信（這時也确認了第一條短信已發到）。而同步非阻塞方式也就是大家常用的方式，則是發出去消息，然後去幹别的事，（展現了非阻塞）等對方回短信之後（相當于确認了第一條短信已收到，并且有後續資料過來），再發第二條短信（展現了同步）。異步阻塞的方式，則是一口氣發出幾十條短信（由于中國移動并不保證發出短信的先後順序，可能導緻對方收到短信的順序和發出去時不一緻，這就展現了異步的概念，而且理論上發信的順序也可以是亂的），發完之後就啥也不幹，等對方一條一條的回信（這展現了阻塞的概念）。而如果在一口氣發出幾十條短信後沒有傻傻的等待，而是去别的地方玩去了，對方的回信到一條讀一條，則就變成異步非阻塞的方式了。

不知道通過上面的例子，大家是不是已經可以了解這兩組概念之間的差別了。這裡有篇相關的文章寫得不錯，如果還有些不了解的，可以再去閱讀一下。由于國内在IT領域的起步落後國外（主要是美國）一些年份，再加上網際網路的迅速普及，導緻許多以訛傳訛的現象時有發生。這兩組本來适用範圍并不相同的概念卻在很長一段時間内被混為一談，應該就是這方面的例子。這種錯誤增加了大家的學習成本，也不利于在某一些領域的進一步研究，是以個人以為搞清楚這些概念還是很有必要的（最後為自己的又一篇水文開脫一下=_=）

IO模型-- 同步和阻塞，異步和非阻塞的差別

這些詞之間的差別難倒了很多人，還有什麼同步阻塞， 同步非阻塞， 異步阻塞， 異步非阻塞，亂七八糟的。

很多文章也想講明白這個問題。著名且引起熱議的有

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/

http://www.cppblog.com/converse/archive/2009/05/13/82879.html

可是看了之後還是有點将信将疑，跑到圖書館翻了UNP 第一卷，不愧是聖經級别的著作，似有所悟。

UNP所述：

POSIX定義中，同步IO操作：IO操作将導緻請求程序阻塞，直到IO操作完成。

異步IO操作：IO操作不導緻請求程序阻塞

UNP中總結的IO模型有5種之多

阻塞IO，非阻塞IO，IO複用，信号驅動IO，異步IO,前四種都屬于同步IO。

阻塞IO不必說了

非阻塞IO ，IO請求時加上O_NONBLOCK一類的标志位，立刻傳回，IO沒有就緒會傳回錯誤，需要請求程序主動輪詢不斷發IO請求直到傳回正确

IO複用同非阻塞IO本質一樣，不過利用了新的select系統調用，由核心來負責本來是請求程序該做的輪詢操作。看似比非阻塞IO還多了一個系統調用開銷，不過因為可以支援多路IO，才算提高了效率

信号驅動IO，調用sigaltion系統調用，當核心中IO資料就緒時以SIGIO信号通知請求程序，請求程序再把資料從核心讀入到使用者空間，這一步是阻塞的。

異步IO，如定義所說，不會因為IO操作阻塞，IO操作全部完成才通知請求程序。

這樣以來，同步和阻塞，異步和非阻塞就不會被混淆了，它們不是同一個方面上的概念，不能比較差別

同步和異步是隻跟IO操作過程中程序的狀态變化有關

阻塞和非阻塞就是程序的兩種狀态。