阻塞、非阻塞的区别 同步、异步的区别

WebServer 林涛 401℃ 0评论

通俗来理解:

“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。

用一个不太恰当的例子理解:

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。

 

网络化的理解:

一个网络包从应用程序A发到另一台电脑上的应用程序B,需要经历:

  1. 从A的业务代码到A的软件框架
  2. 从A的软件框架到计算机的操作系统内核
  3. 从A所在计算机的内核到网卡
  4. 从网卡经过网线发到交换机等设备,层层转发,到达B所在计算机的网卡
  5. 从B所在计算机的网卡到B所在计算机的内核
  6. 从B所在计算机的内核到B的程序的用户空间
  7. 从B的软件框架到B的业务代码

这个层级关系就像是过程调用一样,前一级调用后一级的功能,后一级返回一个结果给前一级(比如:成功,或者失败)。只有在单独一级的调用上,可以说同步还是异步的问题。所谓同步,是指调用协议中结果在调用完成时返回,这样调用的过程中参与双方都处于一个状态同步的过程。而异步,是指调用方发出请求就立即返回,请求甚至可能还没到达接收方,比如说放到了某个缓冲区中,等待对方取走或者第三方转交;而结果,则通过接收方主动推送,或调用方轮询来得到。

从这个定义中,我们看,首先1和7,这取决于软件框架的设计,如果软件框架可以beginXXX,然后立即返回,这就是一种异步调用,再比如javascript当中的异步HTTP调用,传入参数时提供一个回调函数,回调函数在完成时调用,再比如协程模型,调用接口后马上切换到其他协程继续执行,在完成时由框架切换回到协程中,这都是典型的异步接口设计。

而2和6,其他答主已经说得很好了,其实都需要调用方自己把数据在内核和用户空间里搬来搬去,其实都是同步接口,除非是IOCP这样的专门的异步传输接口,所以这一级其实是同步的,阻塞与非阻塞的区别其实是影响调用接口的结果(在特定条件下是否提前返回结果),而不是调用方式。

3和5,内核一般通过缓冲区,使用DMI来传输数据,所以这一步又是异步的。

4,以太网是个同步时序逻辑,随信号传输时钟,必须两边设备同时就绪了才能开始传输数据,这又是同步的。

 

总结来说,讨论究竟是异步还是同步,一定要严格说明说的是哪一部分。其他答主说非阻塞是同步而不是异步,这毫无疑问是正确的,然而说某个框架是异步IO的框架,这也是正确的,因为说的其实是框架提供给业务代码的接口是异步的,不管是回调还是协程,比如说我们可以说某个库是异步的HTTPClient,并没有什么问题,因为说的是给业务代码的接口。由于通常异步的框架都需要在2中使用非阻塞的接口,的确会有很多人把非阻塞和异步混为一谈。

 

最后再来一个通俗点的:

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。。。)

如需转载请注明: 转载自26点的博客

本文链接地址: 阻塞、非阻塞的区别 同步、异步的区别

转载请注明:26点的博客 » 阻塞、非阻塞的区别 同步、异步的区别

喜欢 (1)
发表我的评论
取消评论

表情