同步与异步-&-阻塞与非阻塞

2017-01-01 10:46

上篇说了线程,进程,cpu,内存,硬盘之间的关系,这篇说下异步和线程

异步

  • 因为异步操作无须额外的线程负担,并且使用回调的方式进行处理,在设计良好的情况下,处理函数可以不必使用共享变量(即使无法完全不用,最起码可以减少 共享变量的数量),减少了死锁的可能
  • 异步和多线程可以说没有必然的联系,只能说异步可以通过多线程实现而已
  • 异步IO就是,线程/进程不用阻塞,可以去干其他的事情,等IO完成后,你可以捕获这个事件,再回头处理这个已经完成的IO(回头之前,线程/进程可以去干其他的事情)。
  • 常用的异步方式比如异步socket,但是有端口限制问题要注意,请查看我的基于百万并发的netty nio压测客户端

异步IO

  • 考虑到CPU和IO之间巨大的速度差异,一个任务在执行的过程中大部分时间都在等待IO操作,单进程单线程模型会导致别的任务无法并行执行,因此,我们才需要多进程模型或者多线程模型来支持多任务并发执行。

  • 现代操作系统对IO操作已经做了巨大的改进,最大的特点就是支持异步IO。如果充分利用操作系统提供的异步IO支持,就可以用单进程单线程模型来执行多任务,这种全新的模型称为事件驱动模型,Nginx就是支持异步IO的Web服务器,它在单核CPU上采用单进程模型就可以高效地支持多任务。在多核CPU上,可以运行多个进程(数量与CPU核心数相同),充分利用多核CPU。由于系统总的进程数量十分有限,因此操作系统调度非常高效。用异步IO编程模型来实现多任务是一个主要的趋势。

  • 对应到Python语言,单进程的异步编程模型称为协程,有了协程的支持,就可以基于事件驱动编写高效的多任务程序

同步与异步 & 阻塞与非阻塞

在进行网络编程时,我们常常见到同步(Sync)/异步(Async),阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)四种调用方式,先理解一些概念性的东西。

同步与异步

  • 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。
    2016.4.17更新:
    POSIX对这两个术语的定义:

  • 同步I/O操作:导致请求进程阻塞,直到I/O操作完成

  • 异步I/O操作:不导致请求进程阻塞

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。

关于阻塞/非阻塞 & 同步/异步更加形象的比喻
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)。

  • 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
  • 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。
  • 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
  • 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。

更多参考
1.多进程和多线程
2.Linux下的五种IO模型