同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞

叁歲伎倆 2021-09-25 09:30 582阅读 0赞

### 同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞 ###

*  先验知识
 *  此处的异步指的是什么
 *  同步、异步、阻塞、非阻塞
 *  同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞
 *  一个生动的例子
 *  提醒与补充

# 先验知识 #

在解释这几个概念之前，需要注意的是：

*  首先需要知道操作系统层面的同步、异步、阻塞这几个概念的含义。关于这方面的内容，可见笔者的另一篇博客： 同步与异步、并行与并发、阻塞与挂起：[https://blog.csdn.net/wangpaiblog/article/details/116114098][https_blog.csdn.net_wangpaiblog_article_details_116114098]
 *  本文解释的概念至少适用于编程语言层面，但不适用于操作系统层面。原因是，在软件工程中，任何设计都可以进行分层封装。其中，每个中间层的设计对上层与下层来说都是透明的。因此，编程语言层面的“同步、异步、阻塞”与操作系统层面的没有必然联系。
 *  有人喜欢对“同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞”的概念，首先区分发送方和接收方，但实际上，无论是发送还是接收，本质上都是一种“请求”的过程，如果不在操作系统层面进行分析，区分这两者实无必要。
 *  同步、异步是针对两个任务（此任务不同于操作系统理论中的作业、进程等，指的只是一个线程中要做的一件事情。**本文中的任务都指的是这个**。）来说的，其中一个任务为一开始就在执行、所主要关注的，称为主任务，而另一个是与主任务相关的一个任务，称为相关任务。当主任务与相关任务分别位于不同的线程时，称该线程分别为主线程、相关线程。
 *  阻塞是针对主任务所在的线程来说的。当主任务和相关任务位于同一个线程时，不存在“阻塞”，即此情况下不存在同步阻塞、异步阻塞。
    
    但对于下面的情况，主任务和相关任务一定位于不同的线程：
    
     *  主任务发起的是 I/O 请求
     *  主任务发起的是网络请求
 *  请求是一个期望获得资源的行为，而“同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞”描述的是获得期望资源之前的行为，而不是其之后的行为。这四个概念中的“阻塞”不描述在获得资源之后主线程的程序走向。

# 此处的异步指的是什么 #

首先需要明白，无论是对“异步”还是“非阻塞”的主线程，都不可能凭空接收到外界、执行没有事先设置的程序。而之所以主线程的行为会受到相关线程的影响，是因为主线程会周期性地调用一种“请求”函数，而此“请求”函数的行为会受相关线程的影响。

其次，对于操作系统，只要其启动，就一直在运行程序。如果没有显式的进程，就运行一个默认的空进程。另外，编程人员不可能事先预计用户本次对本软件的使用时长，然后在软件中设置一个运行时间与其正好相等的一种任务。这就是说，线程在执行时，实际上是在无限循环、周期性地执行一系列任务。于是，可以在每个任务之间插入一个中断点，用于执行额外的操作（任务），以实现对其它线程的交互，这就是异步操作。理由是，中断点之前的任务都已经完成，而任务之间本是不应有任务的（因为任务之间的部分属于空档，没有任何东西），因此，任务之间的中断点是由中断点之前的某任务插入的。由于某种原因，该任务并不想马上执行某操作，而是选择将其移至一系列任务执行完之后的某个任务之间的空档来执行，因此称为异步操作。

# 同步、异步、阻塞、非阻塞 #

前面已经指出了关键性的知识点，下面将直接给“同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞”的概念。为了更好的说明，笔者做了一张图，如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdwYWlibG9n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

对于主线程上执行的一系列任务，如果其中的某个任务需要与相关线程交互，当其立即暂时当前的任务而发起请求，这称为同步；当该任务将请求的时间安排到某任务完成之后再发起，这称为异步。当发起请求时，直至获得完整的资源之后，不会继续执行现在或之后的任务，这称为阻塞；当发起请求时，立即获得瞬时的结果，然后继续执行现在或之后的任务，如果获得的瞬时资源不是完整的资源，将之后周期性发送类似的请求，直至获得完整的资源，这称为非阻塞。

可以看出，同步与异步的区别在于发起请求的时机，而阻塞与非阻塞的区别在于发起请求后是否对本线程进行暂停。

# 同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞 #

很多读者（包含笔者）都喜欢作者能直截了当地给出概念，而反感拐弯抹角和旁敲侧击。因此，笔者再提炼一下本文核心的四个概念：

*  同步阻塞：在需要某资源时马上发起请求，并暂停本线程之后的程序，直至获得所需的资源。
 *  同步非阻塞：在需要某资源时马上发起请求，且可以马上得到答复，然后继续执行之后的程序。但如果得到的不是完整的资源，之后将周期性地的请求。
 *  异步阻塞：在需要某资源时不马上发起请求，而安排一个以后的时间再发起请求。当到了那时发出请求时，将暂停本线程之后的程序，直至获得所需的资源。
 *  异步非阻塞：在需要某资源时不马上发起请求，而安排一个以后的时间再发起请求。当到了那时发出请求时，可以马上得到答复，然后继续执行之后的程序。但如果得到的不是完整的资源，之后将周期性地的请求。

# 一个生动的例子 #

一个贴切生动的例子可能对理解更有帮助。这里假设了这样的一种情景：笔者正在进行公司安排的一个“cleancode”专项需求（下面简称 cleancode 专项），然后突然对于门禁上报告的一项告警不太理解，笔者想要求助自己的同事（设该同事名为 Bob），于是在公司的通信软件（设该软件名为 contact）上向其发送了此求助消息，并假设笔者每天有减脂的诉求，因此在下午下班后不会立刻去吃饭。

前述的四个概念类比如下：

*  同步阻塞：笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息，并开启 contact 的消息自动弹出功能。然后笔者暂停手头的工作，翘着二郎腿开始用手机摸鱼，直到手机上弹出 contact 的关于 Bob 的回复信息。
    
    解释：
    
     *  笔者、笔者的同事 Bob：两个位于不同服务器上的操作系统。
     *  cleancode 专项：正在“笔者操作系统”上运行的一个线程。
     *  笔者放弃工作上的任务：cleancode 专项线程被阻塞。
     *  笔者开始摸鱼：cleancode 专项线程因阻塞而使笔者空闲，笔者通过调度来运行其它无关线程。
     *  contact 的消息自动弹出：在操作系统中，用于唤醒阻塞线程的信号量。
 *  同步非阻塞：笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息，然后笔者继续做 cleancode 专项中的其它内容，并周期性查看 Bob 有没有回复。
 *  异步阻塞：笔者在日程表上记录了这个待办事项，然后笔者继续做 cleancode 专项中的其它内容，最后到下午下班时，笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息，并开启 contact 的消息自动弹出功能。然后笔者暂停手头的工作，翘着二郎腿开始在晚上加班时间用手机摸鱼，直到手机上弹出 contact 的关于 Bob 的回复信息。
 *  异步非阻塞：笔者在日程表上记录了这个待办事项，然后笔者继续做 cleancode 专项中的其它内容，最后到下午下班时，笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息，然后笔者继续加班做 cleancode 专项中的其它内容，并周期性查看 Bob 有没有回复。

# 提醒与补充 #

*  我们平常单独使用的“同步”一词，实际上指的是这里的同步阻塞，而“异步”指异步非阻塞。
 *  大幅度影响性能的，实际上是 `阻塞/非阻塞`。只有对于不存在 `阻塞/非阻塞` 情况的请求，`同步/异步` 才有显著的影响。
 *  在操作系统层面，只有单独的同步与异步、阻塞与非阻塞的说法。此时的同步与异步的含义主要有以下几个：
    
     *  同本文的同步阻塞、异步非阻塞。
     *  同步：强调两个程序的运行彼此有逻辑、时间上的先后关系。
        
        异步：强调两个程序的运行彼此相对独立。

[https_blog.csdn.net_wangpaiblog_article_details_116114098]: https://blog.csdn.net/wangpaiblog/article/details/116114098
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