同步与异步 阻塞与非阻塞

文章一：

关于同步和异步的解释，在以前的文章中也提到过，但是没有这么全。


进程同步用来实现程序并发执行时候的可再现性。

一．进程同步及异步的概念

1．进程同步：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。也就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事.就像早上起床后,先洗涮,然后才能吃饭,不能在洗涮没有完成时,就开始吃饭.按照这个定义，其实绝大多数函数都是同步调用（例如sin,isdigit等）。但是一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他部件协作或者需要一定时间完成的任务。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lresult值返回给调用者。

2．异步

异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

以casycsocket类为例（注意，csocket从casyncsocket派生，但是其功能已经由异步转化为同步），当一个客户端通过调用connect函数发出一个连接请求后，调用者线程立刻可以朝下运行。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。

这里提到执行部件和调用者通过三种途径返回结果：状态、通知和回调。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，其实和通知没太多区别。

进程同步的基本概念

在计算机系统中，由于资源有限而导致了进程之间的资源竞争和共享，因此，进程的并发执行不仅仅是用户程序的执行开始时间的随机性和提高资源利用率的结果，也是资源有限性导致资源的竞争与共享对进程的执行过程进行制约所造成的。那么，在进程的并发执行过程中存在哪些制约呢？

二．同步与异步传输：

1.异步传输

通常，异步传输是以字符为传输单位，每个字符都要附加 1 位起始位和 1 位停止位，以标记一个字符的开始和结束，并以此实现数据传输同步。所谓异步传输是指字符与字符(一个字符结束到下一个字符开始)之间的时间间隔是可变的，并不需要严格地限制它们的时间关系。起始位对应于二进制值 0，以低电平表示，占用 1 位宽度。停止位对应于二进制值 1，以高电平表示，占用 1~2 位宽度。一个字符占用 5~8位，具体取决于数据所采用的字符集。例如，电报码字符为
5 位、ASCII码字符为 7 位、汉字码则为8 位。此外，还要附加 1 位奇偶校验位，可以选择奇校验或偶校验方式对该字符实施简单的差错控制。发送端与接收端除了采用相同的数据格式(字符的位数、停止位的位数、有无校验位及校验方式等)外，还应当采用相同的传输速率。典型的速率有：9 600 b/s、19.2kb/s、56kb/s等。

异步传输又称为起止式异步通信方式，其优点是简单、可靠，适用于面向字符的、低速的异步通信场合。例如，计算机与Modem之间的通信就是采用这种方式。它的缺点是通信开销大，每传输一个字符都要额外附加2～3位，通信效率比较低。例如，在使用Modem上网时，普遍感觉速度很慢，除了传输速率低之外，与通信开销大、通信效率低也密切相关。

2. 同步传输

通常，同步传输是以数据块为传输单位。每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列 (如16位或32位CRC校验码)，以便对数据块进行差错控制。所谓同步传输是指数据块与数据块之间的时间间隔是固定的，必须严格地规定它们的时间关系。

三．同步阻塞与异步阻塞：

同步是阻塞模式，异步是非阻塞模式。 

我的理解：同步是指两个线程的运行是相关的，其中一个线程要阻塞等待另外一个线程的运行。异步的意思是两个线程毫无相关，自己运行自己的。 

同步是指：发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。 

异步是指：发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。 

举个不太恰当的例子,就像: 

SendMessage(...) 

TRACE0("just  like  send"); 

PostMessage(...) 

TRACE0("just  like  WSASend  using  overlapped"); 

 SendMessage是调用的时候不返回,等消息响应后才执行TRACE0,这就是同步. 

PostMessage是调用后马上返回,不用消息响应就执行TRACE0,这就是异步.

四．其它解释：

 同步和异步的区别

 举个例子：普通B/S模式（同步）AJAX技术（异步）

同步：提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回这个期间客户端浏览器不能干任何事

异步: 请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕

同步就是你叫我去吃饭，我听到了就和你去吃饭；如果没有听到，你就不停的叫，直到我告诉你听到了，才一起去吃饭。

异步就是你叫我，然后自己去吃饭，我得到消息后可能立即走，也可能等到下班才去吃饭。

所以，要我请你吃饭就用同步的方法，要请我吃饭就用异步的方法，这样你可以省钱。

举个例子打电话时同步发消息是异步

文章二：

同步和异步与阻塞与非阻塞是在通信和I/O中常用的字眼，之前在许多地方同步与阻塞，异步与非阻塞常常被混为一谈，带来了许多混乱，其实同步、异步和阻塞、非阻塞是两个不同的概念。最近随着异步IO（AIO）越来越多的应用，对这两个概念进行区分和解释的文章也越来越多，但是问起身边的同学，能说清楚的倒也不多，所以我就顺便跟风写一篇科普文吧（越来越水了=_=）。

同步(synchronous)和异步(asynchronous)其实是针对消息的发送和接受的次序而言的（在通信中就是消息的发送和接收，在IO中就是数据的读和写）。同步的意思就是消息的发送和接收是有序的，即接收和发送第二个包一定在第一个包之后第三个包之前，而不是乱序。异步的意思就是消息的发送和接收是可以乱序的，第一个包没发完可以直接发第二个包。

至于阻塞（block）和非阻塞（non-block）其实描述的是进程或线程进行等待时的一种方式。阻塞的意思是等待时进程或线程需要挂起，而非阻塞则是等待时线程或进程不需要被挂起，不影响线程的执行，这时线程或进程可以继续处理其它事物，不因为这个等待而受到影响（当然它仍然在等待这个消息，只不过可能会在线程或进程执行周期的某一个地方去查看消息的通知，而不是立即在原地等待）。

举个例子，两个人之间发短信，最简单的就是同步阻塞的方式，一个人发短信，然后啥也不干地等在手机前面，直到对方回信，接下来才发第二条短信（这时也确认了第一条短信已发到）。而同步非阻塞方式也就是大家常用的方式，则是发出去消息，然后去干别的事，（体现了非阻塞）等对方回短信之后（相当于确认了第一条短信已收到，并且有后续数据过来），再发第二条短信（体现了同步）。异步阻塞的方式，则是一口气发出几十条短信（由于中国移动并不保证发出短信的先后顺序，可能导致对方收到短信的顺序和发出去时不一致，这就体现了异步的概念，而且理论上发信的顺序也可以是乱的），发完之后就啥也不干，等对方一条一条的回信（这体现了阻塞的概念）。而如果在一口气发出几十条短信后没有傻傻的等待，而是去别的地方玩去了，对方的回信到一条读一条，则就变成异步非阻塞的方式了。

不知道通过上面的例子，大家是不是已经可以理解这两组概念之间的区别了。这里有篇相关的文章写得不错，如果还有些不理解的，可以再去阅读一下。由于国内在IT领域的起步落后国外（主要是美国）一些年份，再加上互联网的迅速普及，导致许多以讹传讹的现象时有发生。这两组本来适用范围并不相同的概念却在很长一段时间内被混为一谈，应该就是这方面的例子。这种错误增加了大家的学习成本，也不利于在某一些领域的进一步研究，所以个人以为搞清楚这些概念还是很有必要的


首先来解释同步和异步的概念,这两个概念与消息的通知机制有关.

举个例子,比如我去银行办理业务,可能选择排队等候,也可能取一个小纸条上面有我的号码,等到排到我这一号时由柜台的人通知我轮到我去办理业务了.

前者(排队等候)就是同步等待消息,而后者(等待别人通知)就是异步等待消息.在异步消息处理中,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.

而在实际的程序中,同步消息处理就好比简单的read/write操作,它们需要等待这两个操作成功才能返回;而异步处理机制就是类似于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.

其次再来解释一下阻塞和非阻塞,这两个概念与程序等待消息(无所谓同步或者异步)时的状态有关.

继续上面的那个例子,不论是排队还是使用号码等待通知,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,有的人喜欢在银行办理这些业务的时候一边打打电话发发短信一边等待,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.但是需要注意了,第一种同步非阻塞形式实际上是效率低下的,想象一下你一边打着电话一边还需要抬头看到底队伍排到你了没有,如果把打电话和观察排队的位置看成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;而后者,异步非阻塞形式却没有这样的问题,因为打电话是你(等待者)的事情,而通知你则是柜台(消息触发机制)的事情,程序没有在两种不同的操作中来回切换.

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;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,就好比当你的号码排到时一般都是在你之前已经没有人了,所以你再去柜台办理业务就不会被阻塞.

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,也可以参见这里:
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/ 同步和异步:上面提到过,同步和异步仅仅是关于所关注的消息如何通知的机制,而不是处理消息的机制.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,在我们举的例子中这个桥梁就是小纸条上面的号码,而在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.

请注意理解消息通知和处理消息这两个概念,这是理解这个问题的关键所在.还是回到上面的例子,轮到你办理业务这个就是你关注的消息,而去办理业务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,而对消息的处理就是对这个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,而如何办理业务他们是不知道的.

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.

很多人又会问了,异步操作不会是阻塞的吧?已经通知了有消息可以处理了就一定不是阻塞的了吧?

其实异步操作是可以被阻塞住的,只不过通常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.而如果使用异步非阻塞的情况,比如aio_*组的操作,当我发起一个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,具体可以参见我上面的连接给出的那篇文章.回到上面的例子中,如果在银行等待办理业务的人采用的是异步的方式去等待消息被触发,也就是领了一张小纸条,假如在这段时间里他不能离开银行做其它的事情,那么很显然,这个人被阻塞在了这个等待的操作上面;但是呢,这个人突然发觉自己烟瘾犯了,需要出去抽根烟,于是他告诉大堂经理说,排到我这个号码的时候麻烦到外面通知我一下(注册一个回调函数),那么他就没有被阻塞在这个等待的操作上面,自然这个就是异步+非阻塞的方式了.

I/O中的同步 异步 阻塞 非阻塞

[b]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
A. 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。

按照这个定义，其实绝大多数函数都是同步调用（例如sin isdigit等）。
但是一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他部件协作或者需要一定时间完成的任务。
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。

B. 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为例，
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。

C. 三种返回结果途径 
执行部件和调用者可以通过三种途径返回结果：
a.   状态、
b.   通知、
c.   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。

a. 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。

b. 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。

c. 至于回调函数，
    和通知没太多区别。

2. 举例说明
理解这两个概念，可以用去银行办理业务(可以取钱，也可以存钱)来比喻:
当到银行后,
.可以去ATM机前排队等候                               -- (排队等候)就是同步等待消息
.可以去大厅拿号,等到排到我的号时，
 柜台的人会通知我轮到我去办理业务.             -- (等待别人通知)就是异步等待消息.

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：就好比简单的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,
轮到你办理业务, 这个就是你关注的消息,
而办理什么业务, 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,
不论是排队等待，还是使用号码等待通知,
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,有的人喜欢在银行办理这些业务的时候一边打打电话发发短信一边等待,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
就好比当你的号码排到时一般都是在你之前已经没有人了,所以你再去柜台办理业务就不会被阻塞.
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
_______阻塞____________________非阻塞_____
同步 | 同步阻塞              同步非阻塞
异步 | 异步阻塞              异步非阻塞

同步阻塞形式:
  效率是最低的，
  拿上面的例子来说，就是你专心排队，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:
  如果在银行等待办理业务的人采用的是异步的方式去等待消息被触发,也就是领了一张小纸条,
  假如在这段时间里他不能离开银行做其它的事情,那么很显然,这个人被阻塞在了这个等待的操作上面;

  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,
  想象一下你一边打着电话一边还需要抬头看到底队伍排到你了没有,
  如果把打电话和观察排队的位置看成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;

异步非阻塞形式:
  效率更高,
  因为打电话是你(等待者)的事情,而通知你则是柜台(消息触发机制)的事情,
  程序没有在两种不同的操作中来回切换.

  比如说，这个人突然发觉自己烟瘾犯了,需要出去抽根烟,
  于是他告诉大堂经理说,排到我这个号码的时候麻烦到外面通知我一下(注册一个回调函数),
  那么他就没有被阻塞在这个等待的操作上面,自然这个就是异步+非阻塞的方式了.

  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,[/b]