怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？

落日映苍穹つ 2022-07-18 04:27 131阅读 0赞

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## 怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？ ##

发现很多人对这两个概念往往混为一谈

作者：严肃  
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“阻塞”与"非阻塞"与"同步"与“异步"不能简单的从字面理解，提供一个从分布式系统角度的回答。  
**1.同步与异步**  
同步和异步关注的是 **消息通信机制** (synchronous communication/ asynchronous communication)  
所谓同步，就是在发出一个\*调用\*时，在没有得到结果之前，该\*调用\*就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。  
换句话说，就是由\*调用者\*主动等待这个\*调用\*的结果。  
  
而异步则是相反， **\*调用\*在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果**。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在\*调用\*发出后，\*被调用者\*通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。  
  
典型的异步编程模型比如Node.js  
  
举个通俗的例子：  
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。  
而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。  
  
2. 阻塞与非阻塞  
阻塞和非阻塞关注的是 **程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.**  
  
阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。  
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。  
  
还是上面的例子，  
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。  
在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。  
  
  
如果是关心blocking IO/ asynchronous IO, 参考 Unix Network Programming [ View Book][View Book]

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老张爱喝茶，废话不说，煮开水。  
出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。  
1 老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞）  
老张觉得自己有点傻  
2 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）  
老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。  
3 老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）  
老张觉得这样傻等意义不大  
4 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）  
老张觉得自己聪明了。  
  
  
所谓同步异步，只是对于水壶而言。  
普通水壶，同步；响水壶，异步。  
虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。  
同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。  
  
所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。  
立等的老张，阻塞；看电视的老张，非阻塞。  
情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。

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在处理 IO 的时候，阻塞和非阻塞都是同步 IO。  
只有使用了特殊的 API 才是异步 IO。

![Center][]  
  
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作者：星辰大海  
链接：http://www.zhihu.com/question/19732473/answer/26101328  
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著作权归作者所有，转载请联系作者获得授权。

一讲到网络编程的I/O模型，总会涉及到这几个概念。问了很多人，没几个能清晰地讲出他们之间的区别联系，甚至在网络上也有很多不同的观点，也不知是中国文字释义的博大精深，还是本来这几个概念就是绕人不倦。今天我也来给大家讲解一下我对这几个概念的理解。

既然网络上众说纷纭，不如找个权威参考一下，这个权威就是[《UNIX网络编程：卷一》][UNIX]第六章——I/O复用。书中向我们提及了5种类UNIX下可用的I/O模型：

*  阻塞式I/O；
 *  非阻塞式I/O；
 *  I/O复用（select，poll，epoll...）；
 *  信号驱动式I/O（SIGIO）；
 *  异步I/O（POSIX的aio\_系列函数）；

**阻塞式I/O模型**：默认情况下，所有套接字都是阻塞的。怎么理解？先理解这么个流程，一个输入操作通常包括两个不同阶段：

（1）等待数据准备好；  
（2）从内核向进程复制数据。

对于一个套接字上的输入操作，第一步通常涉及等待数据从网络中到达。当所有等待分组到达时，它被复制到内核中的某个缓冲区。第二步就是把数据从内核缓冲区复制到应用程序缓冲区。 好，下面我们以阻塞套接字的recvfrom的的调用图来说明阻塞

![Center 1][]

标红的这部分过程就是阻塞，直到阻塞结束recvfrom才能返回。

**非阻塞式I/O**： 以下这句话很重要：进程把一个套接字设置成非阻塞是在通知内核，当所请求的I/O操作非得把本进程投入睡眠才能完成时，不要把进程投入睡眠，而是返回一个错误。看看非阻塞的套接字的recvfrom操作如何进行

![Center 2][]

可以看出recvfrom总是立即返回。

**I/O多路复用**：虽然I/O多路复用的函数也是阻塞的，但是其与以上两种还是有不同的，I/O多路复用是阻塞在select，epoll这样的系统调用之上，而没有阻塞在真正的I/O系统调用如recvfrom之上。如图

![Center 3][]

**信号驱动式I/O**：用的很少，就不做讲解了。直接上图

![Center 4][]

**异步I/O**：这类函数的工作机制是告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作（包括将数据从内核拷贝到用户空间）完成后通知我们。如图：

![Center 5][]

注意红线标记处说明在调用时就可以立马返回，等函数操作完成会通知我们。

等等，大家一定要问了，同步这个概念你怎么没涉及啊？别急，您先看总结。 其实前四种I/O模型都是同步I/O操作，他们的区别在于第一阶段，而他们的第二阶段是一样的：在数据从内核复制到应用缓冲区期间（用户空间），进程阻塞于recvfrom调用。相反，异步I/O模型在这两个阶段都要处理。

![Center 6][]

再看POSIX对这两个术语的定义：

*  同步I/O操作：导致请求进程阻塞，直到I/O操作完成；
 *  异步I/O操作：不导致请求进程阻塞。

好，下面我用我的语言来总结一下阻塞，非阻塞，同步，异步

*  阻塞，非阻塞：**进程/线程要访问的数据是否就绪，进程/线程是否需要等待；**
 *  同步，异步：**访问数据的方式，同步需要主动读写数据，在读写数据的过程中还是会阻塞；异步只需要I/O操作完成的通知，并不主动读写数据，由操作系统内核完成数据的读写。**

**/**

作者：Shihui wang  
链接：http://www.zhihu.com/question/19732473/answer/14413599  
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其他楼层包括从技术角度都有了详细解释。这里主要是针对其他网友的疑问做的补充和修改，考虑到需要在编程概念上更严谨一点。

1.  阻塞非阻塞表示下面 买书过程中 **可能出现的状态**，是从 **我** 这个单进程角度来看待这个买书这个问题。  
    
2.  同步异步表示一种**协作方式**，是从全局更高的角度 “**进程之间 合作的方式”** 来看待买书这个业务。两个进程之间如果商量采用异步方式处理买书这一业务，就不存在阻塞这种状态。

=============

**A.概念**

阻塞非阻塞： 请求不能立即得到应答，需要等待，那就是阻塞；否则可以理解为非阻塞。

同步异步： 某业务需要甲乙甚至多方合作的时候，

1.  总是按照“甲方请求一次，乙方应答一次”这样的有序序列处理业务，只有当“一次请求一次应答”的过程结束才可以发生下一次的“一次请求一次应答”，那么就说他们采用的是同步。（**同步IO中**，**对同一个描述符的操作必须是有序的**）  
    
2.  如果甲方只要有需要，就会发送请求，不管上次请求有没有得到乙方应答。而乙方只要甲方有请求就会接受，不是等这次请求处理完毕再接受甲方新请求。这样请求应答分开的序列，就可以认为是异步。异步情况下，请求和应答不需要一致进行，可能甲方后请求的业务，却先得到乙方的应答。同步是线性的，而异步可以认为是并发的。（**异步IO中，异步IO可以允许多方同时对同一个描述符发送IO请求，或者一次发多个请求，当然有机制保证如何区分这些请求，**）

举个例子：

1.  我去买一本书，立即买到了，或者没有就走了，这就是非阻塞；（编程中设置IO成非阻塞，返回后再去检查描述符，或者等待通知，然后再去读取。相当于老板告诉我可以先忙点别的，过一会再来问问，或者老板通知我。但期间这个窗口(文件描述符)别人是用不了的）("**立即买到了"在IO中也需要等待，不能算非阻塞IO**)  
    
2.  如果恰好书店没有，我就等一直等到书店有了这本书买到了才走，这就是阻塞；而排在我后面的人呢只有我买到了书后才能再买书了。  
    
3.  如果书店恰好没有，我就告诉书店老板，书来了告诉我一声让我来取或者直接送到我家，然后我就走了，去做别的事了，这就是异步。这时候如果很多人来买书，都是老板登记一下完事。 (**从IO角度来说，“告诉我来取”，这个近似于信号驱动IO，不能算异步IO。必须书送到我家才算是异步，如果不送到我家，我想看这本书之前，终究还是需要我跑一趟**)  
    
4.  前面两种情况，非阻塞和阻塞都可以称为同步。

反映在编程方面就是 用户进程 调用 系统调用。(用户进程对应我，内核 对应 书店老板，书对应数据资源data ， 买书就是一个系统调用了，**其中内核拷贝数据到进程这个过程近似于老板送书到我手中**）。  
  
  
**B. 在同步异步IO概念中，**

同步异步的不同在于，针对同一个描述符上的IO操作，从**IO操作发起** 到 **得到 IO结果** 这个过程而言，总是按照“发起请求，得到结果”这个有序序列进行的，这样便有了最小的等待这种情况：读取时，确知IO有数据，但需要等待内核拷贝数据到进程空间。这个最小情况的等待，同步IO都有。

unix网络编程中将IO模型分为5类：阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动，异步IO。

1.  阻塞IO就是那种recv, read，一直等，等到有了数据才返回；  
    
2.  非阻塞IO就是立即返回，设置描述符为非阻塞，但是要进程自己一直检查是否可读；  
    
3.  IO复用其实也是阻塞的，不过可以用来等很多描述符，比起阻塞有了进步，可以算有点异步了，但需要阻塞着检查是否可读。**对同一个描述符的IO操作也是有序的。**  
    
4.  信号驱动采用信号机制等待，有了更多的进步，不用监视描述符了，而且不用阻塞着等待数据到来，被动等待信号通知，由信号处理程序处理。**但对同一个描述符的IO操作还是有序的。**  
    
5.  异步IO，发送IO请求后，不用等了，也不再需要发送IO请求获取结果了。等到通知后，其实是系统帮你把数据读取好了的，**你等到的通知也不再是要求你去读写IO了，而是告诉你IO请求过程已经结束了**。你要做的就是可以处理数据了。且同一个描述符上可能同时存在很多请求。(对应上面那个买书例子中，就是送书到我家，我直接看书就行了，不需要再去跑一趟了)。

**其中IO服用和信号驱动，在处理业务逻辑上可以说有异步，但在IO操作层面上来说还是同步的**。

posix.1严格定义的异步IO是要求没有任何一点阻塞，而上述的前面四个（阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动）都不同程度阻塞了，而且都有一个共同的阻塞： 内核拷贝数据到进程空间的这段时间需要等待。 (所以上面的举例中： 必须要书送到我家，否则都不算异步，纠结。。。)

[http_www.zhihu.com_question_19732473]: http://www.zhihu.com/question/19732473
[View Book]: http://link.zhihu.com/?target=http%3A//english.tebyan.net/newindex.aspx%3Fpid%3D31159%26BookID%3D23760%26PageIndex%3D92%26Language%3D3
[Center]: /images/20220717/f0e7a0945da54828a86809354d743a42.png
[UNIX]: http://link.zhihu.com/?target=http%3A//book.douban.com/subject/1500149/
[Center 1]: /images/20220717/75b90f7500b44f47afee52436bbf7ae9.png
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