Blocking/Non-Blocking VS Sync/Async VS Overlapped
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[2012.10.08: 完善文章内容]
本文主要讨论几个在网络编程中经常被讨论但也经常被误解的概念：
阻塞（Blocking），非阻塞（Non-Blocking），同步（Sync)，异步（Async)，重叠（Overlapped）。
首先要明确的是，只有那些会导致发生“数据传输”的函数（accept，connect，send，recv等）才存在这些概念；像bind、listen这些不会引发“数据传输”的函数，是不存在“阻塞非阻塞”或“同步异步”这样的问题的。
其次一个比较重要的问题是，Non-Blocking和Async不是一回事。在一些论坛文章和关于网络编程的书中，将这两者等同，这是不正确的。
1. Blocking和Non-Blocking
Blocking：只有在函数所请求的操作完成后，函数才会返回。例如，accept会等到连接队列非空才返回；recv会等到数据缓冲区中有数据后才返回。因此，blocking的意思是，操作若不能完成函数就不返回。
Non-Blocking：如果操作无法立即完成，send/recv这样的函数将以失败返回，函数所请求的操作不会得到执行。同时WSAGetLastError函数将返回WSAEWOULDBLOCK。例如，如果缓冲区中没有数据，recv会立即返回。在Non-Blocing模式下，程序可以通过一个循环不停调用recv，直到有数据可用。
2. Sync、Async和Overlapped
Sync：App层的函数调用和OS底层的动作是顺序的。例如，App调用recv -> OS执行recv -> 执行完成 -> 函数返回。
Async：App层的函数调用和OS底层的动作是非顺序的。例如，App以填充好的Overlapped结构调用WSARecv，即使无数据可读，函数也会立即返回，但OS底层仍然会继续执接收数据的工作，并在有数据可用时以event、callback或completion port的形式通知App。而Overlapped和Async实际上是一个概念。之所以叫“Overlapped”，是指多次函数调用可以重叠进行。例如，你可以在有数据可读前多次调用WSARecv。如果一个Async IO不能立即完成，函数将以失败返回，同时你WSAGetLastError将返回WSA_IO_PENDING。但是，底层的操作将继续执行。你的程序将在稍后得到通知。
3. Blocking/Non-Blocking通过ioctlsocket设定，设定完成后，后续的send/recv将遵循最经一次的ioctlsocket设置。
4. overlapped和两方面有关：一是通过WSASocket创建socket时是否设定了overlapped标记（socket默认设置overlapped），二是WSASend/WSARecv调用是否提供overlapped结构。
4.1 如果WSASocket没有设定overlapped，那么这个socket将是sync的且不可改变，WSASend/WSARecv的行为和send/recv类似；
4.2 如果WSASocket设定了overlapped，那么有三种情况：
4.2.1 使用send/recv。这两个函数不支持overlapped，所以函数行为是sync的；
4.2.2 使用WSASend/WSARecv，但不提供overlapped结构。函数行为同样是sync的；
4.2.3 使用WSASend/WSARecv，并且提供overlapped结构。函数行为时Async的。App将在数据可用时得到通知。
从上文可以看出，即使为socket设定了overlapped attribute，仍然可以对该socket使用非overlapped函数调用。换句话说，ASync/overlapped仅是socket所具备的一个“功能”，你可以用，也可以不用。这和Non-Blocking是不同的，在那里，一旦设定了Non-Blocking，函数调用必定是Non-Blocking的。
综上，我们可以得到socket I/O操作的几种方法：
a) Blocking，Sync：这个是最简单的。连接建立后，App调用recv或send收发数据。
b) Non-Blocking，Sync：使用ioctlsocket将指定socket设置为Non-Blocking。在ioctlsocket之后，若数据不可用，recv或send将返回WSAEWOULDBLOCK。
c) Blocking，Async：若无数据可用，send或recv函数将Blocking。WSARecv和WSASend将立即返回，并在有数据可用时通知App。
d) Non-Blocing，Async：在无数据可用的情况下，send/recv将返回WSAEWOULDBLOCK，WSARecv/WSASend将返回SOCKET_ERROR。区别在于，send/recv除了立即返回以外不会有别的效果，而WSARecv和WSASend虽然也是立即返回，但它们所请求的操作将由OS继续执行，直到有数据可用后通知App。
宝书《Windows网络编程》中所述的几种Model，实际上就是Blocking/Non-Blocking和Sync/Async的不同组合。
a) 阻塞模式：Blocking + Sync
b) 非阻塞模式：Non-Blocking + Sync。App通过不停调用send/recv获取数据。
c) select模式：Blocking + Non-Sync。和a)的区别在于，阻塞在select上而不是send/recv上。select保证后续的send/recv操作不会阻塞，看起来好像是Non-Blocking一样——但实质上仍然是Blocking模式。
d) WSAEventSelect/WSAAsyncSelect：Non-Blocking + Sync。这两个函数会自动将socket设置为Non-Blocking（MSDN如是说）。和b)的区别在于由OS负责在数据可用时发出Message或SetEvent，不需要App自己Polling。
e) Overlapped：Blocking + ASync。在这种情况下，一般不会使用send/recv函数而是使用WSASend或WSARecv，所以Blocking不会成为问题。如果你不小心在这种model下使用了send/recv，那么这两个函数仍然会在无数据可用的情况下blocking住。