同步 異步 阻塞 非阻塞

在高性能的io體系設計中，有幾個名詞概念常常會使我們感到迷惑不解。具體如下： 

序号

問題

1

什麼是同步？

2

什麼是異步？

3

什麼是阻塞？

4

什麼是非阻塞？

5

什麼是同步阻塞？

6

什麼是同步非阻塞？

7

什麼是異步阻塞？

8

什麼是異步非阻塞？

散仙不才，在查了一部分資料後，願試着以通俗易懂的方式解釋下這幾個名詞。如有不足之處，還望告知。 

在弄清楚上面的幾個問題之前，我們首先得明白什麼是同步，異步，阻塞，非阻塞，隻有這幾個單個概念了解清楚了，然後在組合了解起來，就相對比較容易了。 

1,同步和異步是針對應用程式和核心的互動而言的。 

2,阻塞和非阻塞是針對于程序在通路資料的時候，根據io操作的就緒狀态來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實作方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數将一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即傳回一個狀态值。  

由上描述基本可以總結一句簡短的話，同步和異步是目的，阻塞和非阻塞是實作方式。

編号

名詞

解釋

舉例

同步

指的是使用者程序觸發io操作并等待或者輪詢的去檢視io操作是否就緒

自己上街買衣服，自己親自幹這件事，别的事幹不了。

異步

異步是指使用者程序觸發io操作以後便開始做自己的事情，而當io操作已經完成的時候會得到io完成的通知（異步的特點就是通知）

告訴朋友自己合适衣服的尺寸，大小，顔色，讓朋友委托去賣，然後自己可以去幹别的事。（使用異步io時，java将io讀寫委托給os處理，需要将資料緩沖區位址和大小傳給os）

阻塞

所謂阻塞方式的意思是指, 當試圖對該檔案描述符進行讀寫時, 如果當時沒有東西可讀,或者暫時不可寫, 程式就進入等待 狀态, 直到有東西可讀或者可寫為止

去公交站充值，發現這個時候，充值員不在（可能上廁所去了），然後我們就在這裡等待，一直等到充值員回來為止。（當然現實社會，可不是這樣，但是在計算機裡确實如此。）

非阻塞

非阻塞狀态下, 如果沒有東西可讀, 或者不可寫, 讀寫函數馬上傳回, 而不會等待，

銀行裡取款辦業務時，領取一張發票，領取完後我們自己可以玩玩手機，或者與别人聊聊天，當輪我們時，銀行的喇叭會通知，這時候我們就可以去了。

下面我們再來了解組合方式的io類型，就好了解多了。 

同步阻塞io（java bio）： 

    同步并阻塞，伺服器實作模式為一個連接配接一個線程，即用戶端有連接配接請求時伺服器端就需要啟動一個線程進行處理，如果這個連接配接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，當然可以通過線程池機制改善。 

同步非阻塞io(java nio) ： 同步非阻塞，伺服器實作模式為一個請求一個線程，即用戶端發送的連接配接請求都會注冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到連接配接有i/o請求時才啟動一個線程進行處理。使用者程序也需要時不時的詢問io操作是否就緒，這就要求使用者程序不停的去詢問。 

異步阻塞io（java nio）：  

   此種方式下是指應用發起一個io操作以後，不等待核心io操作的完成，等核心完成io操作以後會通知應用程式，這其實就是同步和異步最關鍵的差別，同步必須等待或者主動的去詢問io是否完成，那麼為什麼說是阻塞的呢？因為此時是通過select系統調用來完成的，而select函數本身的實作方式是阻塞的，而采用select函數有個好處就是它可以同時監聽多個檔案句柄（如果從unp的角度看，select屬于同步操作。因為select之後，程序還需要讀寫資料），進而提高系統的并發性！  

（java aio(nio.2)）異步非阻塞io:  

   在此種模式下，使用者程序隻需要發起一個io操作然後立即傳回，等io操作真正的完成以後，應用程式會得到io操作完成的通知，此時使用者程序隻需要對資料進行處理就好了，不需要進行實際的io讀寫操作，因為真正的io讀取或者寫入操作已經由核心完成了。    

bio、nio、aio适用場景分析: 

    bio方式适用于連接配接數目比較小且固定的架構，這種方式對伺服器資源要求比較高，并發局限于應用中，jdk1.4以前的唯一選擇，但程式直覺簡單易了解。 

    nio方式适用于連接配接數目多且連接配接比較短（輕操作）的架構，比如聊天伺服器，并發局限于應用中，程式設計比較複雜，jdk1.4開始支援。 

    aio方式使用于連接配接數目多且連接配接比較長（重操作）的架構，比如相冊伺服器，充分調用os參與并發操作，程式設計比較複雜，jdk7開始支援。 

搞清楚了以上概念以後，我們再回過頭來看看，reactor模式和proactor模式。  

（其實阻塞與非阻塞都可以了解為同步範疇下才有的概念，對于異步，就不會再去分阻塞非阻塞。對于使用者程序，接到異步通知後，就直接操作程序使用者态空間裡的資料好了。）  

首先來看看reactor模式，reactor模式應用于同步i/o的場景。我們分别以讀操作和寫操作為例來看看reactor中的具體步驟：  

讀取操作：  

1. 應用程式注冊讀就緒事件和相關聯的事件處理器  

2. 事件分離器等待事件的發生  

3. 當發生讀就緒事件的時候，事件分離器調用第一步注冊的事件處理器  

4. 事件處理器首先執行實際的讀取操作，然後根據讀取到的内容進行進一步的處理  

寫入操作類似于讀取操作，隻不過第一步注冊的是寫就緒事件。  

下面我們來看看proactor模式中讀取操作和寫入操作的過程：  

1. 應用程式初始化一個異步讀取操作，然後注冊相應的事件處理器，此時事件處理器不關注讀取就緒事件，而是關注讀取完成事件，這是差別于reactor的關鍵。  

2. 事件分離器等待讀取操作完成事件  

3. 在事件分離器等待讀取操作完成的時候，作業系統調用核心線程完成讀取操作（異步io都是作業系統負責将資料讀寫到應用傳遞進來的緩沖區供應用程式操作，作業系統扮演了重要角色），并将讀取的内容放入使用者傳遞過來的緩存區中。這也是差別于reactor的一點，proactor中，應用程式需要傳遞緩存區。  

4. 事件分離器捕獲到讀取完成事件後，激活應用程式注冊的事件處理器，事件處理器直接從緩存區讀取資料，而不需要進行實際的讀取操作。  

proactor中寫入操作和讀取操作，隻不過感興趣的事件是寫入完成事件。  

從上面可以看出，reactor和proactor模式的主要差別就是真正的讀取和寫入操作是有誰來完成的，reactor中需要應用程式自己讀取或者寫入資料，而proactor模式中，應用程式不需要進行實際的讀寫過程，它隻需要從緩存區讀取或者寫入即可，作業系統會讀取緩存區或者寫入緩存區到真正的io裝置.  

          綜上所述，同步和異步是相對于應用和核心的互動方式而言的，同步 需要主動去詢問，而異步的時候核心在io事件發生的時候通知應用程式，而阻塞和非阻塞僅僅是系統在調用系統調用的時候函數的實作方式而已。  

如果你想吃一份宮保雞丁蓋飯： 

同步阻塞：你到飯館點餐，然後在那等着，還要一邊喊：好了沒啊！ 

同步非阻塞：在飯館點完餐，就去遛狗了。不過溜一會兒，就回飯館喊一聲：好了沒啊！ 

異步阻塞：遛狗的時候，接到飯館電話，說飯做好了，讓您親自去拿。 

異步非阻塞：飯館打電話說，我們知道您的位置，一會給你送過來，安心遛狗就可以了。 

“一個io操作其實分成了兩個步驟：發起io請求和實際的io操作。 

同步io和異步io的差別就在于第二個步驟是否阻塞，如果實際的io讀寫阻塞請求程序，那麼就是同步io。 

阻塞io和非阻塞io的差別在于第一步，發起io請求是否會被阻塞，如果阻塞直到完成那麼就是傳統的阻塞io，如果不阻塞，那麼就是非阻塞io。 

同步和異步是針對應用程式和核心的互動而言的，同步指的是使用者程序觸發io操作并等待或者輪詢的去檢視io操作是否就緒，而異步是指使用者程序觸發io操作以後便開始做自己的事情，而當io操作已經完成的時候會得到io完成的通知。而阻塞和非阻塞是針對于程序在通路資料的時候，根據io操作的就緒狀态來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實作方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數将一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即傳回一個狀态值。 

是以,io操作可以分為3類：同步阻塞（即早期的io操作）、同步非阻塞（nio）、異步（aio）。 

同步阻塞： 

在此種方式下，使用者程序在發起一個io操作以後，必須等待io操作的完成，隻有當真正完成了io操作以後，使用者程序才能運作。java傳統的io模型屬于此種方式。 

同步非阻塞： 

在此種方式下，使用者程序發起一個io操作以後邊可傳回做其它事情，但是使用者程序需要時不時的詢問io操作是否就緒，這就要求使用者程序不停的去詢問，進而引入不必要的cpu資源浪費。其中目前java的nio就屬于同步非阻塞io。 

異步： 

此種方式下是指應用發起一個io操作以後，不等待核心io操作的完成，等核心完成io操作以後會通知應用程式。”