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        同步與異步IO、阻塞與非阻塞IO

        作者: 時間:2016-12-01 來源:網絡 收藏
        很多時候我們常常看到同步與異步,阻塞與非阻塞的出現。有的地方直接將同步與阻塞畫上了等號。異步與非阻塞畫上了等號。事實上這是不對的。同步不等于阻塞,而異步也不等于非阻塞。下面就來仔細的看看同步與異步、阻塞與非阻塞的概念差別,及他們的組合應用。

        同步:所謂同步,就是在發(fā)出一個功能調用時,在沒有得到結果之前,該調用就不返回。按照這個定義,其實絕大多數函數都是同步調用(例如sin, isdigit等)。但是一般而言,我們在說同步、異步的時候,特指那些需要其他部件協作或者需要一定時間完成的任務。最常見的例子就是 SendMessage。該函數發(fā)送一個消息給某個窗口,在對方處理完消息之前,這個函數不返回。當對方處理完畢以后,該函數才把消息處理函數所返回的 LRESULT值返回給調用者
        異步:異步的概念和同步相對。當一個異步過程調用發(fā)出后,調用者不能立刻得到結果。實際處理這個調用的部件在完成后,通過狀態(tài)、通知和回調來通知調用者。以CAsycSocket類為例(注意,CSocket從CAsyncSocket派生,但是起功能已經由異步轉化為同步),當一個客戶端通過調用 Connect函數發(fā)出一個連接請求后,調用者線程立刻可以朝下運行。當連接真正建立起來以后,socket底層會發(fā)送一個消息通知該對象。
        這里 提到執(zhí)行部件和調用者通過三種途徑返回結果:狀態(tài)、通知和回調。可以使用哪一種依賴于執(zhí)行部件的實現,除非執(zhí)行部件提供多種選擇,否則不受調用者控制。如果執(zhí)行部件用狀態(tài)來通知,那么調用者就需要每隔一定時間檢查一次,效率就很低(有些初學多線程編程的人,總喜歡用一個循環(huán)去檢查某個變量的值,這其實是一 種很嚴重的錯誤)。如果是使用通知的方式,效率則很高,因為執(zhí)行部件幾乎不需要做額外的操作。至于回調函數,其實和通知沒太多區(qū)別
        阻塞:阻塞調用是指調用結果返回之前,當前線程會被掛起。函數只有在 得到結果之后才會返回。
        有人也許會把阻塞調用和同步調用等同起來,實際上他是不同的。對于同步調用來說,很多時候當前線程還是激活的,只是從邏輯上當前函數沒有返回而已。例如,我們在 CSocket中調用Receive函數,如果緩沖區(qū)中沒有數據,這個函數就會一直等待,直到有數據才返回。而此時,當前線程還會繼續(xù)處理各種各樣的消息。如果主窗口和調用函數在同一個線程中,除非你在特殊的界面操作函數中調用,其實主界面還是應該可以刷新。
        socket接收數據的另外一個函數recv則是一個阻塞調用的例子。當socket工作在阻塞模式的時候,如果沒有數據的情況下調用該函數,則當前線程就會被掛起,直到有數據為止。
        非阻塞:非阻塞和阻塞的概念相對應,指在不能立刻得到結果之前,該函數不會阻塞當前線程,而會立刻返回。

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201612/324538.htm
        上面這些概念都是教科書的概念,下面談談個人的理解。所謂同步就是當一個進程發(fā)起一個函數(任務)調用的時候,一直會到函數(任務)完成。進程繼續(xù)往下執(zhí)行。而異步這不會這樣,異步情況下是當一個進程發(fā)起一個函數(任務)調用的時候,不會等函數返回,而是繼續(xù)往下執(zhí)行當,函數返回的時候通過狀態(tài)、通知、事件。等方式通知進程任務完成。
        而阻塞和非阻塞的概念相對明了多了。阻塞是當請求不能滿足的時候就試進程掛起,非阻塞則是直接返回。
        它們的組合:(網絡裝載)
        圖 2 給出了傳統的阻塞 I/O模型,這也是目前應用程序中最為常用的一種模型。其行為非常容易理解,其用法對于典型的應用程序來說都非常有效。在調用 read 系統調用時,應用程序會阻塞并對內核進行上下文切換。然后會觸發(fā)讀操作,當響應返回時(從我們正 在從中讀取的設備中返回),數據就被移動到用戶空間的緩沖區(qū)中。然后應用程序就會解除阻塞(read 調用返 回)。
        圖 2. 同步阻塞 I/O 模型的典型流程
        從應用程序的角度來說,read 調用會延續(xù)很長時間。實際上,在內核執(zhí)行讀操作和其他工作時,應用程序的確會被阻塞。
        PS. 我理解這里的意思是,read請求是阻塞的,也沒有異步通知機制,因為應用程序一直在這個過程中等待,即一直在主動查詢,所以是同步的。(順序)
        同步非阻塞 I/O
        同步阻塞 I/O 的一種效率稍低的變種是同步非阻塞 I/O。在這種模型中,設備是以非阻塞的形式打開的。這意味著 I/O 操作不會立即完成,read 操作可能會返回一個錯誤代碼,說明這個命令不能立即滿足(EAGAIN 或 EWOULDBLOCK),如圖 3 所示。
        圖 3. 同步非阻塞 I/O 模型的典型流程

        非阻塞的實現是 I/O 命令可能并不會立即滿足,需要應用程序調用許多次來等待操作完成。這可能效率不高,因為在很多情況下,當內核執(zhí)行這個命令時,應用程序必須要進行忙碌等待,直到數據可用為止,或者試圖執(zhí)行其他工作。正如圖 3 所示的一樣,這個方法可以引入 I/O 操作的延時,因為數據在內核中變?yōu)榭捎玫接脩粽{用 read 返回數據之間存在一定的間隔,這會導致整體數據吞吐量的降低。
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