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

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

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

阻塞与非阻塞与是否同步异步无关

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. 同步非阻塞: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,我再过来拿。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. 同步阻塞: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,只有等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)

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 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。

  • 阻塞IO:就是那种 recv, read,一直等,等到有了数据才返回;
  • 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;
  • 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。
  • 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。
  • 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

Servlet 的同步阻塞与异步非阻塞流程图

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