摘要:更好的理解
同步
/异步
,阻塞
/非阻塞
的概念和机制。
一、同步与异步
同步
/异步
, 它们是消息的通知机制。
1、概念解释
同步
所谓同步,就是在发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。
最常见的例子就是 SendMessage
。该函数发送一个消息给某个窗口,在对方处理完消息之前,这个函数不返回。当对方处理完毕以后,该函数才把消息处理函数所返回的值返回给调用者。
我们常见的方法的调用大部分是同步,在方法内部调用另外的方法,往往都是在等待方法的处理结果然后获取结果,接着进行后续的处理。
在我们进行断点调试时,可以看出方法的执行就如流水一样,一句一句执行,一句未执行完毕就等待。
我们将这种想法放到一些需要协同工作,或者需要花费一定时间的处理中去看就能更好的理解。
如:在同步机制中获取文件,在文件内容返回之前,后续代码无法执行,只有等待。
异步
异步的概念和同步相对。
当一个异步过程调用发出后,调用者不会立刻得到结果。实际处理这个调用的部件是在调用发出后,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。
以 Socket 例,当一个客户端通过调用 Connect 函数发出一个连接请求后,调用者线程不用等待结果,可立刻继续向下运行。当连接真正建立起来以后,socket 底层会发送一个消息通知该对象。
执行部件和调用者可以通过三种途径返回结果:
- 状态
- 通知
- 回调函数。
可以使用哪一种依赖于执行部件的实现,除非执行部件提供多种选择,否则不受调用者控制。
- 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。
- 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。
- 至于回调函数,和通知没太多区别。
我所理解的状态、通知和回调:状态,是调用者和执行者商量一个状态,执行者在执行到不同状态时,去改变那个公共的信号,调用者不停的去看看状态改变没有,然后根据改变执行相应的事情;通知就是,我执行完之后直接通知你去做事情。回调也类似。
2、举例说明
看一个例子:1940 年,我是一名党的高级特工,受组织派遣,深入敌后,展开卧底行动。
同步:组织在得到我的结果前,不做事情,等待我的结果,然后做出行动;
异步:组织可以去干一些不依赖我结果的事情,截个道啊,抢个仓啊:
状态:我和组织约定,以城门楼子的旗号为信号,白旗,鬼子要扫荡,黄旗,鬼子出城了,组织安排个人每天看看旗子,哎,效率肯定不行。 通知:鬼子出动了,我拿出 iphone,直接 call 我的上级领导,他们就做好准备开打。 回调:组织早做好准备了,我这完了,直接去做那些准备好的事情了。
在异步消息通知机制中,等待消息者(在这个例子中就是等待办理业务的人)往往注册一个回调机制,在所等待的事件被触发时由触发机制(在这里是柜台的人)通过某种机制(在这里是写在小纸条上的号码)找到等待该事件的人。
在 select/poll 等 IO 多路复用机制中就是 fd,当消息被触发时,触发机制通过 fd 找到处理该 fd 的处理函数。
3、在实际的程序中
同步消息通知机制
好比简单的 read/write 操作,它们需要等待这两个操作成功才能返回; 同步, 是由处理消息者自己去等待消息是否被触发。
异步消息通知机制
类似于 select/poll 之类的多路复用 IO 操作,当所关注的消息被触发时,由消息触发机制通知触发对消息的处理。 异步, 由触发机制来通知处理消息者。
还是回到上面的例子,轮到鬼子来没来, 这个就是你关注的消息,而来了我们怎么应对, 就是对这个消息的处理,两者是有区别的,而在真实的 IO 操作时:所关注的消息就是:该 fd 是否可读写,而对消息的处理是:对这个 fd 进行读写。
同步/异步仅仅关注的是如何通知消息,它们对如何处理消息并不关心,好比说,银行的人仅仅通知你轮到你办理业务了,而办理业务什么业务(存钱还是取钱)他们是不知道的。
二、阻塞与非阻塞
阻塞/非阻塞, 它们是程序在等待消息(无所谓同步或者异步)时的状态。
1、概念解释
A、阻塞
阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。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,实际上他是不同的。对于同步调用来说,很多时候当前线程还是激活的,只是从逻辑上当前函数没有返回而已。
socket 接收数据函数 recv 是一个阻塞调用的例子。当 socket 工作在阻塞模式的时候, 如果没有数据的情况下调用该函数,则当前线程就会被挂起,直到有数据为止。
B、非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应,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。
C、对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性,但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式,我们可以通过一定的 API 去轮询状态,在适当的时候调用阻塞函数,就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象,调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数 select 就是这样的一个例子。
2、举例说明
继续上面的那个例子,不论是叫个人天天蹲着等消息,还是使用 call 等待通知,如果在这个等待的过程中,等待者除了等待消息之外不能做其它的事情,那么该机制就是阻塞的。
表现在程序中,也就是该程序一直阻塞在该函数调用处不能继续往下执行, 相反,在等待的时候我们可以磨磨枪,埋埋雷,,这样的状态就是非阻塞的,因为他(等待者)没有阻塞在这个消息通知上,而是一边做自己的事情一边等待。
三、易混淆的点
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。
可见,同步/异步与阻塞/非阻塞是两组不同的概念,它们可以共存组合,而很多人之所以把同步和阻塞混淆,我想也是因为没有区分这两个概念,比如阻塞的 read/write 操作中,其实是把消息通知和处理消息结合在了一起,在这里所关注的消息就是 fd 是否可读/写,而处理消息则是对 fd 读/写,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。
四、同步/异步与阻塞/非阻塞的组合分析
同步阻塞形式:
效率是最低的,拿上面的例子来说,就是你专心等待,什么别的事都不做。实际程序中就是未对 fd 设置 O_NONBLOCK 标志位的 read/write 操作。
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,而是在等待消息被触发时被阻塞,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。
同步非阻塞形式:
实际上是效率低下的,想象一下你一边做着事情一边看消息到了没有,如果把磨枪和观察消息是程序的两个操作的话,这个程序需要在这两种不同的行为之间来回的切换,效率可想而知是低下的;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。