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同步与异步

**同步与异步主要是从消息通知机制角度来说的。**

当一个同步调用发出后，调用者要一直等待返回消息（结果）通知后，才能进行后续的执行；
当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到返回消息（结果）。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知或者回调来通知调用者

  1. 如果执行部件用状态来通知，那么调用者就需要每隔一定时间检查一次，效率就很低（有些初学 多线程编程的人，总喜欢用一个循环去检查某个变量的值，这其实是一种很严重的错误）；
  2. 如果是使用通知的方式，效率则很高，因为执行部件几乎不需要做额外的操作。但是调用者需要监听通知。
  3. 至于回调函数，其实和通知没太多区别。

阻塞与非阻塞

**阻塞和非阻塞 与程序（线程）等待消息通知时的状态有关(无所谓同步或者异步)。**

阻塞调用 是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起，一直处于等待消息通知，不能够执行其他业务。函数只有在得到结果之后才会返回。

有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上它们是不同的。

  1. 对于同步调用来说，很多时候当前线程可能还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已，此时，这个线程可能也会处理其他的消息

    (a) 如果这个线程在等待当前函数返回时，没有执行其他消息处理，而是处于挂起等待状态，那这种情况就叫做同步阻塞； (b) 如果这个线程在等待当前函数返回时，仍在执行其他消息处理，那这种情况就叫做同步非阻塞；

所以同步的实现方式会有两种：同步阻塞、同步非阻塞；
同理，异步也会有两种实现：异步阻塞、异步非阻塞；

  1. 对于阻塞调用来说，则当前线程就会被挂起等待当前函数返回；

非阻塞指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。

虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的 提高 CPU 的利用率，但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的CPU执行时间能不能补偿系统的切换成本需要好好评估。

同步/异步 与 阻塞/非阻塞

  1. 同步阻塞形式
    效率是最低的，
    实际程序中：就是未对 fd 设置 O_NONBLOCK 标志位的 read/write 操作；
  2. 异步阻塞形式
    **异步操作是可以被阻塞住的，只不过它不是在处理消息时阻塞，而是在等待消息通知时被阻塞。**
    比如 select 函数，假如传入的最后一个 timeout 参数为 NULL，那么如果所关注的事件没有一个被触发，程序就会一直阻塞在这个select 调用处。
  3. 同步非阻塞形式
    实际上是效率低下的
    很多人会写阻塞的 read/write 操作，但是别忘了可以对fd设置O_NONBLOCK 标志位，这样就可以将同步操作变成非阻塞的了。
  4. 异步非阻塞形式
    效率更高
    如果使用异步非阻塞的情况，比如 aio_* 组的操作，当发起一个 aio_read 操作时，函数会马上返回不会被阻塞，当所关注的事件被触发时会调用之前注册的回调函数进行处理。

很多人会把同步和阻塞混淆，我想是因为很多时候同步操作会以阻塞的形式表现出来，比如很多人会写阻塞的 read/write 操作，但是别忘了可以对 fd 设置 O_NONBLOCK 标志位，这样就可以将同步操作变成非阻塞的了。但最根本是因为没有区分这两个概念，比如阻塞的 read/write 操作中，其实是把消息通知机制和等待消息通知的状态结合在了一起，在这里所关注的消息就是fd是否可读/写，而等待消息通知的状态则是对fd可读/写等待过程中程序（线程）的状态。当我们将这个 fd 设置为非阻塞的时候，read/write 操作就不会在等待消息通知这里阻塞，如果 fd 不可读 / 写则操作立即返回。

同样的，很多人也会把异步和非阻塞混淆，因为异步操作一般都不会在真正的IO操作处被阻塞，比如如果用 select 函数，当select返回可读时再去read一般都不会被阻塞，而是在select函数调用处阻塞。

4 小明的故事

对上面所讲的概念再次进行一个场景梳理，上面已经明确说明，**同步/异步关注的是消息通知的机制，而阻塞/非阻塞关注的是程序（线程）等待消息通知时的状态**。以小明下载文件打个比方，从这两个关注点来再次说明这两组概念，希望能够更好的促进大家的理解。

  1. 同步阻塞：小明一直盯着下载进度条，到 100% 的时候就完成。

    同步体现在：等待下载完成通知；

    阻塞体现在：等待下载完成通知过程中，不能做其他任务处理；

  2. 同步非阻塞：小明提交下载任务后就去干别的，每过一段时间就去瞄一眼进度条，看到 100% 就完成。

    同步体现在：等待下载完成通知；

    非阻塞体现在：等待下载完成通知过程中，去干别的任务了，只是时不时会瞄一眼进度条；【小明必须要在两个任务间切换，关注下载进度】

  3. 异步阻塞：小明换了个有下载完成通知功能的软件，下载完成就 “叮” 一声。不过小明仍然一直等待 “叮” 的声音（看起来很傻，不是吗）。

    异步体现在：下载完成 “叮” 一声通知；

    阻塞体现在：等待下载完成 “叮” 一声通知过程中，不能做其他任务处理；

  4. 异步非阻塞：仍然是那个会 “叮” 一声的下载软件，小明提交下载任务后就去干别的，听到 “叮” 的一声就知道完成了。

    异步体现在：下载完成 “叮” 一声通知；

    非阻塞体现在：等待下载完成 “叮” 一声通知过程中，去干别的任务了，只需要接收 “叮” 声通知即可；【软件处理下载任务，小明处理其他任务，不需关注进度，只需接收软件 “叮” 声通知，即可】

所以，综上所述，同步和异步仅仅是关注的是 消息如何通知的机制，而阻塞与非阻塞关注的是等待消息通知时的状态。也就是说，同步的情况下，是由处理消息者自己去等待消息是否被触发，而异步的情况下是由触发机制来通知处理消息者，所以在异步机制中，处理消息者和触发机制之间就需要一个连接的桥梁：

在小明的例子中，这个桥梁就是软件 “叮” 的声音。