堵塞和非堵塞 | 同步与异步

堵塞和非堵塞 | 同步与异步

故事：老王烧开水。

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）。

有好几种等待方式：

1.老王用水壶煮水，并且站在那里，不管水开没开，盯着水壶看水开了没。－同步阻塞

2.老王还是用水壶煮水，不再傻傻的站在那里看水开，而是开始一边玩手机一边等水开，每隔一段时间看看水开了没有，水没有开就继续刷手机。－同步非阻塞

3.老王还是使用响水壶煮水，跑到客厅上网去，等着响水壶自己把水煮熟了以后通知他。－异步非阻塞

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以上的烧开水故事，一共有三个对象，分别是：

• 老王
• 水壶（响水壶、水壶）
• 开水

类比于IO过程中的三个角色：

• 应用程序（老王）
• 内核（水壶）
• IO的数据（开水）

对于老王而言，他要的就是开水，对于应用程序而言，最终要的就是数据。

老王想要拿到开水，向水壶发出请求；对于程序而言，就是应用程序向内核发起一个读数据的请求。

一、同步堵塞

老王在用水壶烧开水时，就一直盯着水壶看它开了没有，此时，他啥都不能干，那都不能去。

类比于应用程序IO，就相当于应用程序发起一个IO请求，以读取数据为例，此时需要进行一次系统调用，内核由用户态切换到内核态，内核开始跟硬件设备进行交互并从硬件设备中读取数据，此时可能硬件设备还没有接收、返回数据，所以内核函数一直堵塞，直到数据到达才进行返回。这就是同步堵塞。

优点：能够及时返回数据，无延迟；方便调试；
缺点：需要付出等待的代价；

二、同步非堵塞

老王在用水壶烧开水时，可以一边刷手机一边等水壶开，它并不需要一直等待着什么都不干。

类比于应用程序IO，当应用程序发起了一次读取数据的请求，还是会发起系统调用内核，但是这次内核根据硬件中是否有数据来执行不同的操作，如果有数据，那么将数据拷贝到用户空间，如果没有数据也可以返回一个标志，比如-1。应用程序不间断的去查询结果（轮询），而不需要一直等待结果，这期间也可以执行其他事情。

优点：无需等待结果，能够同时执行别的操作；
缺点：应用进程持续轮询内核，以查看某个操作是否就绪，这么做往往消耗大量的CPU时间，这会导致整体数据吞吐量的降低。；

三、异步非堵塞

（有些文章里说还有‘异步堵塞’，但是异步堵塞是没有意义的，都已经异步了，何须堵塞？）
虽然在烧开水，但老王却在安心上网，因为他知道响水壶水开了之后会有声音提醒他，也就不用一直盯着或一直间断的去查看了。

类比应用程序IO，应用程序只需要发起一次读取数据的请求，接下来就等着内核将数据拷贝到用户空间，并且内核将数据拷贝完成后会通知应用程序，在整个过程中程序可以继续往下执行。

优点：无需等待返回，提升吞吐量；
缺点：降低了相应时间。

四、总结

堵塞/非堵塞：描述的是调用者调用方法后的状态，例如：线程A线程调用B方法，A线程处于堵塞状态。

同步/异步：描述的是方法跟调用者通信的方式，如果不需要调用者主动等待，即调用者调用方法后立刻返回，通过方法本身的回调、消息通知等方式通知调用者就是异步（例如：响水壶发出声音通知老王水开了）。如果调用方法后一直需要调用者等待方法返回结果，那么就是同步的（例如：老王等待着水壶开）。