同步/
異步與阻塞/
非阻塞的區(qū)別
（轉(zhuǎn)自
http://www.cppblog.com/converse/archive/2009/05/13/82879.html）
這兩組概念常常讓人迷惑,因?yàn)樗鼈兌际巧婕暗?/span>IO處理,同時(shí)又有著一些相類似的地方.
首先來解釋同步和異步的概念,這兩個(gè)概念與消息的通知機(jī)制有關(guān).
舉個(gè)例子,比如我去銀行辦理業(yè)務(wù),可能選擇排隊(duì)等候,也可能取一個(gè)小紙條上面有我的號碼,等到排到我這一號時(shí)由柜臺(tái)的人通知我輪到我去辦理業(yè)務(wù)了.
前者(排隊(duì)等候)就是同步等待消息,而后者(等待別人通知)就是異步等待消息.在異步消息處理中,等待消息者(在這個(gè)例子中就是等待辦理業(yè)務(wù)的人)往往注冊一個(gè)回調(diào)機(jī)制,在所等待的事件被觸發(fā)時(shí)由觸發(fā)機(jī)制(在這里是柜臺(tái)的人)通過某種機(jī)制(在這里是寫在小紙條上的號碼)找到等待該事件的人.
而在實(shí)際的程序中,同步消息處理就好比簡單的read/write操作,它們需要等待這兩個(gè)操作成功才能返回;而異步處理機(jī)制就是類似于select/poll之類的多路復(fù)用IO操作,當(dāng)所關(guān)注的消息被觸發(fā)時(shí),由消息觸發(fā)機(jī)制通知觸發(fā)對消息的處理.
個(gè)人理解：
同步就是說我得自己去查詢我要等的條件滿足沒有，而異步就是說我不用自己去查詢，我要等的條件到來之后別人會(huì)通知我。
其次再來解釋一下阻塞和非阻塞,這兩個(gè)概念與程序等待消息(無所謂同步或者異步)時(shí)的狀態(tài)有關(guān).
繼續(xù)上面的那個(gè)例子,不論是排隊(duì)還是使用號碼等待通知,如果在這個(gè)等待的過程中,等待者除了等待消息之外不能做其它的事情,那么該機(jī)制就是阻塞的,表現(xiàn)在程序中,也就是該程序一直阻塞在該函數(shù)調(diào)用處不能繼續(xù)往下執(zhí)行.相反,有的人喜歡在銀行辦理這些業(yè)務(wù)的時(shí)候一邊打打電話發(fā)發(fā)短信一邊等待,這樣的狀態(tài)就是非阻塞的,因?yàn)樗?/span>(等待者)沒有阻塞在這個(gè)消息通知上,而是一邊做自己的事情一邊等待.但是需要注意了,第一種同步非阻塞形式實(shí)際上是效率低下的,想象一下你一邊打著電話一邊還需要抬頭看到底隊(duì)伍排到你了沒有,如果把打電話和觀察排隊(duì)的位置看成是程序的兩個(gè)操作的話,這個(gè)程序需要在這兩種不同的行為之間來回的切換,效率可想而知是低下的;而后者,異步非阻塞形式卻沒有這樣的問題,因?yàn)榇螂娫捠悄?/span>(等待者)的事情,而通知你則是柜臺(tái)(消息觸發(fā)機(jī)制)的事情,程序沒有在兩種不同的操作中來回切換.
很多人會(huì)把同步和阻塞混淆,我想是因?yàn)楹芏鄷r(shí)候同步操作會(huì)以阻塞的形式表現(xiàn)出來,比如很多人會(huì)寫阻塞的read/write操作,但是別忘了可以對fd設(shè)置O_NONBLOCK標(biāo)志位,這樣就可以將同步操作變成非阻塞的了;同樣的,很多人也會(huì)把異步和非阻塞混淆,因?yàn)楫惒讲僮饕话愣疾粫?huì)在真正的IO操作處被阻塞,比如如果用select函數(shù),當(dāng)select返回可讀時(shí)再去read一般都不會(huì)被阻塞,就好比當(dāng)你的號碼排到時(shí)一般都是在你之前已經(jīng)沒有人了,所以你再去柜臺(tái)辦理業(yè)務(wù)就不會(huì)被阻塞.
可見,同步/異步與阻塞/非阻塞是兩組不同的概念,它們可以共存組合,也可以參見這里:
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/
同步和異步:上面提到過,同步和異步僅僅是關(guān)于所關(guān)注的消息如何通知的機(jī)制,而不是處理消息的機(jī)制.也就是說,同步的情況下,是由處理消息者自己去等待消息是否被觸發(fā),而異步的情況下是由觸發(fā)機(jī)制來通知處理消息者,所以在異步機(jī)制中,處理消息者和觸發(fā)機(jī)制之間就需要一個(gè)連接的橋梁,在我們舉的例子中這個(gè)橋梁就是小紙條上面的號碼,而在select/poll等IO多路復(fù)用機(jī)制中就是fd,當(dāng)消息被觸發(fā)時(shí),觸發(fā)機(jī)制通過fd找到處理該fd的處理函數(shù).
請注意理解消息通知和處理消息這兩個(gè)概念,這是理解這個(gè)問題的關(guān)鍵所在.還是回到上面的例子,輪到你辦理業(yè)務(wù)這個(gè)就是你關(guān)注的消息,而去辦理業(yè)務(wù)就是對這個(gè)消息的處理,兩者是有區(qū)別的.而在真實(shí)的IO操作時(shí),所關(guān)注的消息就是該fd是否可讀寫,而對消息的處理就是對這個(gè)fd進(jìn)行讀寫.同步/異步僅僅關(guān)注的是如何通知消息,它們對如何處理消息并不關(guān)心,好比說,銀行的人僅僅通知你輪到你辦理業(yè)務(wù)了,而如何辦理業(yè)務(wù)他們是不知道的.
而很多人之所以把同步和阻塞混淆,我想也是因?yàn)闆]有區(qū)分這兩個(gè)概念,比如阻塞的read/write操作中,其實(shí)是把消息通知和處理消息結(jié)合在了一起,在這里所關(guān)注的消息就是fd是否可讀/寫,而處理消息則是對fd讀/寫.當(dāng)我們將這個(gè)fd設(shè)置為非阻塞的時(shí)候,read/write操作就不會(huì)在等待消息通知這里阻塞,如果fd不可讀/寫則操作立即返回.
很多人又會(huì)問了,異步操作不會(huì)是阻塞的吧?已經(jīng)通知了有消息可以處理了就一定不是阻塞的了吧?
其實(shí)異步操作是可以被阻塞住的,只不過通常不是在處理消息時(shí)阻塞,而是在等待消息被觸發(fā)時(shí)被阻塞.比如select函數(shù),假如傳入的最后一個(gè)timeout參數(shù)為NULL,那么如果所關(guān)注的事件沒有一個(gè)被觸發(fā),程序就會(huì)一直阻塞在這個(gè)select調(diào)用處.而如果使用異步非阻塞的情況,比如aio_*組的操作,當(dāng)我發(fā)起一個(gè)aio_read操作時(shí),函數(shù)會(huì)馬上返回不會(huì)被阻塞,當(dāng)所關(guān)注的事件被觸發(fā)時(shí)會(huì)調(diào)用之前注冊的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理,具體可以參見我上面的連接給出的那篇文章.回到上面的例子中,如果在銀行等待辦理業(yè)務(wù)的人采用的是異步的方式去等待消息被觸發(fā),也就是領(lǐng)了一張小紙條,假如在這段時(shí)間里他不能離開銀行做其它的事情,那么很顯然,這個(gè)人被阻塞在了這個(gè)等待的操作上面;但是呢,這個(gè)人突然發(fā)覺自己煙癮犯了,需要出去抽根煙,于是他告訴大堂經(jīng)理說,排到我這個(gè)號碼的時(shí)候麻煩到外面通知我一下(注冊一個(gè)回調(diào)函數(shù)),那么他就沒有被阻塞在這個(gè)等待的操作上面,自然這個(gè)就是異步+非阻塞的方式了.
個(gè)人覺得：
同步： 你親自辦這件事。
異步： 交代要做的事情，然后忙其他的事情；別人(內(nèi)核)會(huì)充當(dāng)你的跑腿，在條件就緒后將這事辦成，然后通知你(callback)；
阻塞： 如果條件未就緒，你除了死等它就緒什么都不能干
非阻塞：如果條件未就緒，方法會(huì)立即返回，然后你可以去做別的事情。
以這種理解方式，阻塞/非阻塞只對同步操作有意義；異步I/O總是意味著進(jìn)程不會(huì)因?yàn)?/span>I/O陷入睡眠。
將" select"歸類為異步+blocking不妥，select實(shí)際上完成的只是read/write的第一部分：等待條件就緒；唯一的改進(jìn)是可以等待多個(gè)條件。"select + read/write"的調(diào)用形式容易產(chǎn)生"系統(tǒng)通知我條件就緒"的假象，可實(shí)際上你不過是在條件就緒的時(shí)候醒來，然后仍然親自動(dòng)手完成了數(shù)據(jù)復(fù)制的操作。
依然使用銀行的隱喻：
柜臺(tái)R：只能取款
柜臺(tái)W：只能存款
read: 親自在柜臺(tái)R排隊(duì)(進(jìn)程睡眠) + 取款
write: 親自在柜臺(tái)W排隊(duì)(進(jìn)程睡眠) + 存款
select + read/write : 親自同時(shí)在R、W兩個(gè)柜臺(tái)排隊(duì)(進(jìn)程睡眠) + (存款|取款|存款+取款)
AIO : 告訴心腹小弟要取款若干，然后忙別的事情；小弟取款完畢將其如數(shù)奉上。
UNP一書中6.2節(jié)對I/O模型的分類我覺得很合理：
1).read/write、read + NON_BLOCK、select、signal driven I/O 都屬于同步I/O; 它們的共同特點(diǎn)是：將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間復(fù)制到到用戶空間的這個(gè)操作，是由用戶空間的代碼顯式發(fā)起的。
2).只有AIO 屬于 異步I/O；內(nèi)核不露聲色的將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間復(fù)制到用戶空間，然后通知進(jìn)程。
IO復(fù)用select/epoll那個(gè)應(yīng)該不算異步，異步(AIO)是指read/write完成后操作系統(tǒng)會(huì)回調(diào)用戶空間的指定回調(diào)方法，而select/epoll只是一個(gè)有事件就緒的通知，沒有這個(gè)回調(diào)過程，需要你自己主動(dòng)調(diào)用read/write。