同步异步、阻塞非阻塞

首先我们要清楚同步异步和阻塞非阻塞是两种不同的概念，针对的是不同的层面：

• 同步异步：关注的是消息通信的层面。
• 阻塞非阻塞：关注的是程序在等待调用结果时的状态。

同步异步

同步：强调在发出一个请求或功能调用时，主动等待返回结果。在结果没得到前，不能返回或向下执行。

异步：强调在发出一个请求或功能调用时，不用等结果，继续向下执行，当有结果时，由被调用方通知主调方，主调方再拿结果

示例：

情景：你打电话到书店问老板有没有《操作系统》这本书。

同步情况：你等着老板去找书然后反馈给你结果。着重点在于你等待结果。

异步情况：你告诉老板，你先找，找到了回电话给我说结果。着重点是你不等待结果。

阻塞非阻塞

阻塞：就是程序执行到某一处条件未满足，程序则等待条件满足，满足后返回。

非阻塞：程序执行到某一处条件未满足则返回失败，不会使程序阻塞在这个地方。

还是以上述例子来讲：

阻塞情况：如果老板没有返回结果，你就把自己“挂起”，一直等着老板的结果。

非阻塞情况：你问老板有书没，老板没有准备好结果，那么则结果返回失败，你不会等在这里，而是去玩耍或是做其他的时期。但你需要每过一段时间再次询问一下老板有书没。

注意：阻塞不阻塞跟同步异步没有关系，只关注于程序等待调用时的状态。

I/O情况下的同步异步和阻塞非阻塞

关于同步异步与阻塞非阻塞的关系：同步异步均可以阻塞或非阻塞的方式实现，但实际上对于异步的阻塞非阻塞实现很少。下面看几个案例：

案例一：有进程A和进程B，进程A的功能是计算数据a + b + c + ......+ n，进程B的功能是产生数据b。那么进程A的运行需要进程B的运行结果。进程A要想执行，就必须等到进程B运行完成才行。在整个过程中进程A和进程B就是同步的过程，因为两个任务存在着时序的关系。

案例二：有进程A和进程B，进程A的一部分功能是计算数据a + b + c + ......+ n，计算完之后交由进程B打印。那么进程A的运行则不受进程B的影响。计算完之后将结果交由进程B即可，并且不影响后续执行。在整个过程中就是异步的关系。

案例三：以案例1为基础，进程A在进程B没有准备好数据b的情况下就一直等着，等进程B的结果然后再执行。这种情况就是同步阻塞。整体上进程A需要等待进程B的结果，属于同步，但在等待结果的过程中进程A把自己挂起等待进程B的结果，属于阻塞。即同步阻塞。

案例四：以案例1为基础，进程A在进程B没有准备好数据b的情况下，先去做别的事情，比如先计算a + b，但是在执行的过程中每隔一段时间询问进程B数据准备好了没有。这种情况就是同步非阻塞。整体上进程A需要等待进程B的结果，属于同步，但在等待结果的过程中进程B未准备好数据则直接返回失败，进程A没有阻塞在等待结果的状态，属于非阻塞。即同步非阻塞。

5种I/O模型

1. 阻塞式I/O
2. 非阻塞式I/O
3. I/O复用
4. 信号驱动式I/O
5. 异步I/O

其中前4种都是同步I/O模型

1、阻塞式I/O

对于上述过程可分为两个阶段：

1. 内核准备数据
2. 内核将准备好的数据拷贝到用户空间

阻塞式I/O在这两个阶段都是被阻塞（等待）的，不去做其他事情。

2、非阻塞式I/O

       非阻塞式I/O在应用进程发出recv请求时，如果内核数据并没有准备好，那么会直接返回一个error，说明数据未就绪，此时应用进程也不必死等在这里了，可以去做别的事情，但是需要定时的询问内核数据是否就绪。特点就是数据未就绪时不阻塞，但轮询的询问内核数据是否就绪。

3、I/O多路复用

       由于非阻塞I/O需要主动的去轮询，并且后台中可能存在大量的任务进行，那么就会存在大量的用户态轮询，而I/O复用的思路就是将轮询的工作交给内核，并且同时监听多个任务数据是否就绪，当有一部分数据就绪时就会调用用户进程来处理。

       I/O复用的函数有：select、poll、epoll（epoll效率最高）。这几个函数也会使进程阻塞，与阻塞式I/O不同的是，这些函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个操作（读写等）的I/O函数进行检测，直到有数据就绪时才真正调用I/O操作函数。

       在少量i/o请求时使用i/o复用函数并不比阻塞i/o的效率高（延时降低），而且还会使降低（延时增加）。因为阻塞式i/o只在recv处阻塞，而多路复用时应用进程在recv处也处于阻塞状态，并且在select处也是阻塞状态。i/o多路复用的特点是处理多个连接时系统开销小。

4、信号式驱动i/o

        首先我们允许Socket进行信号驱动IO,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。

5、异步i/o

       相对于同步IO，异步IO不是顺序执行。用户进程进行aio_read系统调用之后，无论内核数据是否准备好，都会直接返回给用户进程，然后用户态进程可以去做别的事情。等到socket数据准备好了，内核直接复制数据给进程，然后从内核向进程发送通知。IO两个阶段，进程都是非阻塞的。