舉例說明 同步 異步 阻塞 非阻塞

有趣的小栗子?

一個小故事

故事：小A燒開水。

出場人物：小A出場道具：普通水壺（放在瓦斯竈上的那種，為了友善簡稱：水壺）；會響的水壺（水燒開了會響的那種，簡稱：響壺）。故事目的：小A要拿開水泡咖啡

小A為了實作目的，指定了4個計劃：

1、用水壺燒水，并且站在瓦斯竈旁邊，啥事不幹，兩眼直勾勾的盯着水壺，等水燒開。燒開後就去泡咖啡。同步阻塞

假設燒水和泡咖啡是在同一個線程中執行。

2、仍然用水壺煮水，不過此時不再傻傻得站在那裡看水開沒開，而是去玩局LOL，每當自己死了，就過來看看水開了沒有。如果水開了就去泡咖啡。同步非阻塞

假設這裡玩LOL，是另一個線程運作的。

3、動用響壺燒水，仍然站在瓦斯竈旁邊，不過此時不兩眼直勾勾的盯着壺了，而是聽響，因為響壺水開時會用響聲通知小A。異步阻塞

4、在計劃3的基礎上，小A不站在瓦斯竈旁邊了，而是去玩局LOL，等聽到響壺的聲音提醒後，再去跑咖啡。異步非阻塞

有了上邊的故事鋪墊，我們再來看一看概念

同步：

同步這個詞在很多場合下都會被使用，如果單從字面意思來看：相同的步驟。但是在程式設計的領域裡講，字面意思就不那麼準确了。

對于程式設計領域來說，同步就是發起一個請求，直到請求傳回結果之後，才進行下一步操作。簡單來說，同步就是必須一件事一件事的做，等前一件做完了，才能做下一件事。

例子：此種模式很常見，比如我發起一個網絡請求查詢一個人的身份證，然後根據身份證檢視這個人的詳細資訊。那麼我查詢詳細資訊的操作需要等待查詢身份證的操作，那麼此時查詢身份證的操作就是一個同步操作。

異步：

異步很明顯是與同步相對，二者的差別在于是否需要等待某操作的傳回結果。簡單來說，我們還是一個網絡請求，如果我們此時不需要依賴這個請求的結果就能進行後續操作，那麼此時這個網絡請求就是一個異步操作。

當一個異步操作發出後，調用者在沒有得到結果之前，可以繼續執行後續操作。這就是異步。

同步和異步的差別：

二者的差別還是很明顯的：請求發出後，是否需要等待請求結果，才能繼續執行其他操作。

阻塞

阻塞的概念往往伴随着線程。阻塞一般是指：在調用結果傳回之前，目前線程會被挂起。調用線程隻有在得到結果之後才會被喚醒執行後續的操作。

非阻塞

那麼非阻塞，毫無疑問是阻塞的反向操作。非阻塞式的調用指：在結果沒有傳回之前，該調用不會阻塞住目前線程。

是不是感覺阻塞/非阻塞和同步/異步有異曲同工的地方？

其實，這兩者存在本質的差別，面向的對象是不同的。

阻塞/非阻塞：程序/線程需要操作的資料如果尚未就緒，是否妨礙了目前程序/線程的後續操作。同步/異步：資料如果尚未就緒，是否需要等待資料結果。

并發和并行

二者的區分度非常的高，就在于四個字：是否同時。

并發：當有多個線程在操作時，如果系統隻有一個CPU，作業系統隻能把CPU運作時間劃分成若幹個時間段,再将時間段配置設定給各個線程執行，在一個時間段的快速的切換不同的線程代碼運作。

并行：當系統有多個CPU時，可以存在當一個CPU執行一個線程時，另一個CPU可以執行另一個線程，兩個線程互不搶占CPU資源，可以同時進行。

舉個小例子

小A吃飯吃到一半，電話來了，小A一直到吃完了以後才去接。既不支援并發也不支援并行

小A吃飯吃到一半，電話來了，小A停了下來接了電話，接完後繼續吃飯。支援并發

小A吃飯吃到一半，電話來了，小A一邊打電話一邊吃飯。支援并行

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在面試中我們會碰到這種場景：

面試官：能解釋下什麼是同步,異步麼？

程式員：假如我們執行A,B兩個IO操作的時候，如果必須等待A完成後才能執行B那麼這個就是

同步的，如果A,B可以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？

程式員：如果必須等待A完成後才能執行B那麼這個就是阻塞的，如果A,B可以同時執行那麼就 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一樣了？

程式員：嗄。。。可以這麼說吧。我覺得可以

并發執行

的就是異步非阻塞的。one by one執行 的就是同步阻塞的

二：區分

每個人看去看同一個問題都會有不同的了解，原因就是因為每個人的看待問題的深度不一樣，就像上面的對白，程

序員的了解隻是停留在應用層面，代碼裡有多個IO操作，每個IO操作都可以不用互相等待的“同時”執行。

接下來我們就來探讨下異步/同步與阻塞/非阻塞它們其中的差別。

阻塞 / 非阻塞描述的是函數, 指通路某個函數時是否會阻塞線程(block)，導緻線程進入阻塞狀态。

同步 / 異步描述的是執行IO操作的主體是誰，同步是由使用者态的程序自己去執行IO操作，異步是使用者态程序不關心IO細節，由核心态程序去完成IO操作然後通知使用者态程序。

好的，現在定義已經描述完了。現在可以區分它們之間的差別了麼？(吃瓜群衆：這TM的寫的是什麼？) ，别急，我們下面舉栗說明，包教包會。

三：舉栗

一般來說IO分為兩個階段，第一階段是等待資料階段，第二階段是核心空間的資料拷貝到使用者空間，假設一個線程(或是程序)P準備執行一個IO操作的話它會經曆以下過程：

第一階段：

P發出一個IO請求，這時候會有兩種情況：
1：立刻傳回： 非阻塞
2：一直等待，P調用sleep/wait休眠或是挂起，讓出CPU給别的線程/程序  阻塞
           

第二階段：

這時核心的資料終于準備好了，
那麼現在使用者程序想要讀取核心空間的資料有兩種方式:
1:  P自己把資料從核心空間拷貝到使用者空間       同步
2：P建立一個線程做資料copy的工作        異步
           

現在應該明白了吧。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。

這裡主要比較難了解的就是同步/異步。首先P在發起IO的請求的時候如果P本身還要負責IO請求後的資料copy(核心空間到使用者空間)工作。那麼我們就可以說是同步的。

如果P在發起IO操作後資料copy的工作由核心線程/程序或是P自己再建立一個線程/程序去完成，那麼我們就可以稱之為異步

四：排列組合

同步阻塞IO：

• 同一個線程在操作IO時一直阻塞，直到讀取資料成功，然後線程本身負責把資料從核心空間拷貝到使用者空間

同步非阻塞：

• 同一個線程發起IO後，立即獲得傳回，後面定期輪詢資料讀取情況，發現資料讀取成功，線程本身負責把資料從核心空間拷貝到使用者空間

異步非阻塞：

• 一個線程發起IO後，立即傳回，由另外的線程發現資料讀取成功，把資料從核心空間拷貝到使用者空間。

非阻塞同步IO由于讀寫方法非阻塞，并且需要使用者自己來進行讀寫，是以每次調用讀寫方法實際讀寫的位元組數是不确定的，是以需要一個Buffer來儲存每次讀寫的位元組狀态。更重要的是使用者不知道什麼時候完成了讀寫，一般需要用

while循環判斷Buffer的狀态來跟蹤讀寫。非阻塞異步IO由于是核心線程進行讀寫，并且在IO完成後會回調使用者提供的callback，程式設計模型就比較簡單，使用者隻需要調用讀寫，提供回調就可以了，比如 read(filename, callback)select / poll / epoll 從本質上說都是非阻塞同步IO，select會收到IO就緒的狀态，然後通知使用者去處理

IO，實際的IO操作還需要使用者等待核心複制操作。

要了解IO就緒和完成的差別。就緒指的是還需要使用者自己去處理，完成指的是核心幫助完成了，使用者不用關心IO過

程，隻需要提供回調函數。

五：并行/并發與異步

并行

• 對多處理器而言--多個程式在同一時刻發生，具有并發的含義，但并發不一定并行，也亦是說并發事件之間不一定要同一時刻發生。

• 并行：在單處理器中多道程式設計系統中，程序被交替執行，表現出一種并發的外部特種；在多處理器系統中，進

  程不僅可以交替執行，而且可以重疊執行。在多處理器上的程式才可實作并行處理。計算機作業系統中把并行性和并發性明顯區分開，主要是從微觀的角度來說的，具體是指程序的并行性（多處理機的情況下，多個程序同時運作）和并發性（單處理機的情況下，多個程序在同一時間間隔運作的）

并發

對單處理器而言--多個程式在同一時間段發生；

• 并發中又有：互斥和同步：

  互斥：程序間互相排斥使用臨界資源；比如寫操作；
  
  同步：不是排斥關系而是依賴關系，前一個程序的輸出是後一個程序的輸入
  
  當第一個程序沒有結束時第二個程序必須等待，互相協同完成一些事情；
  
  具有同步關系的一組程序并發時發送的消息稱為消息或者事件；
  
             

• 同步和異步：

  異步：就是線程B在等待A的結果的時候還可以繼續幹自己的事兒，
  
  之間通過消息和事件來通知對方，提高了程式運作的效率。
  
  簡而言之，就是不是站在那兒傻傻死等；異步和多線程并不是一回事，
  
  異步是最終目的，多線程隻是實作的一種方法。
             

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exit(?)