[转] 比较清楚的阻塞与非阻塞和同步与异步

作者:Shihui wang
链接:http://www.zhihu.com/question/19732473/answer/14413599
来源:知乎

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。

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。

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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:

  1. 阻塞IO,非阻塞IO,IO复用,信号驱动,异步IO。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复用和信号驱动,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。。。)

 

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。——来源网络,作者不明。

作者:愚抄
链接:http://www.zhihu.com/question/19732473/answer/23434554
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