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同步异步和阻塞非阻塞(阻塞非阻塞)

同步异步和阻塞非阻塞(阻塞非阻塞)如果线程始终阻塞着,永远得不到资源,于是就发生了死锁。拓展非阻塞调用是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。阻塞调用:比如 socket 的 recv(),调用这个函数的线程如果没有数据返回,它会一直阻塞着,也就是 recv() 后面的代码都不会执行了,程序就停在 recv() 这里等待,所以一般把 recv() 放在单独的线程里调用。非阻塞调用:比如非阻塞socket 的 send(),调用这个函数,它只是把待发送的数据复制到TCP输出缓冲区中,就立刻返回了,线程并不会阻塞,数据有没有发出去 send() 是不知道的,不会等待它发出去才返回的。

1. 阻塞,非阻塞

首先,阻塞这个词来自操作系统的线程/进程的状态模型中,如下图:

同步异步和阻塞非阻塞(阻塞非阻塞)(1)

一个线程/进程经历的5个状态,创建,就绪,运行,阻塞,终止。各个状态的转换条件如上图,其中有个阻塞状态,就是说当线程中调用某个函数,需要IO请求,或者暂时得不到竞争资源的,操作系统会把该线程阻塞起来,避免浪费CPU资源,等到得到了资源,再变成就绪状态,等待CPU调度运行。

阻塞调用是指调用结果返回之前,调用者会进入阻塞状态等待。只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞调用是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。

阻塞调用:比如 socket 的 recv(),调用这个函数的线程如果没有数据返回,它会一直阻塞着,也就是 recv() 后面的代码都不会执行了,程序就停在 recv() 这里等待,所以一般把 recv() 放在单独的线程里调用。

非阻塞调用:比如非阻塞socket 的 send(),调用这个函数,它只是把待发送的数据复制到TCP输出缓冲区中,就立刻返回了,线程并不会阻塞,数据有没有发出去 send() 是不知道的,不会等待它发出去才返回的。

拓展

如果线程始终阻塞着,永远得不到资源,于是就发生了死锁。

比如A线程要X,Y资源才能继续运行,B线程也要X,Y资源才能运行,但X,Y同时只能给一个线程用(即互斥条件)用的时候其他线程又不能抢夺。

A 有 X,等待 Y。

B 有 Y,等待 X。

于是A,B发生了循环等待,造成死锁。给用户的感觉就是程序卡着不动了。

在写代码的时候要特别注意共享资源的使用,用信号量控制好,避免造成死锁。死锁的解除有个著名的银行家算法

阻塞和挂起:阻塞是被动的,比如抢不到资源。挂起是主动的,线程自己调用 suspend() 把自己退出运行态了,某些时候调用 resume() 又恢复运行。

线程执行完就会被销毁,如果不想线程被频繁的创建,销毁,怎么办?可以给线程里面写个死循环,或者让线程有任务的时候执行,没任务的时候挂起,就像iOS中的 runloop 机制一样。线程就不会随便的终止了。

2. 同步,异步

同步:在发出一个同步调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。

异步:在发出一个异步调用后,调用者不会立刻得到结果,该调用就返回了。

同步例子

int n = func();

next();

// func() 的结果没有返回,next() 就不会执行,直到 func() 运行完。

异步例子

func(callback);

next();

...

void callback(int n) // func 结果回调

{

int k = n;

}

// func() 执行后,还没得出结果就立即返回,然后执行 next() 了

// 等到结果出来,func() 回调 callback() 通知调用者结果。

同步的定义看起来跟阻塞很像,但是同步跟阻塞是两个概念,同步调用的时候,线程不一定阻塞,调用虽然没返回,但它还是在运行状态中的,CPU很可能还在执行这段代码,而阻塞的话,它就肯定不在CPU中跑这个代码了。这就是同步和阻塞的区别。同步是肯定可以在,阻塞是肯定不在。

异步和非阻塞的定义比较像,两者的区别是异步是说调用的时候结果不会马上返回,线程可能被阻塞起来,也可能不阻塞,两者没关系。非阻塞是说调用的时候,线程肯定不会进入阻塞状态。

上面两组概念,就有4种组合。

同步阻塞调用:得不到结果不返回,线程进入阻塞态等待。

同步非阻塞调用:得不到结果不返回,线程不阻塞一直在CPU运行。

异步阻塞调用:去到别的线程,让别的线程阻塞起来等待结果,自己不阻塞。

异步非阻塞调用:去到别的线程,别的线程一直在运行,直到得出结果。

3. 并发,并行

先从定义说起,定义经过我通俗化了,原定义有点难理解。

并发是指一个时间段内,有几个程序都在同一个CPU上运行,但任意一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

并行是指一个时间段内,有几个程序都在几个CPU上运行,任意一个时刻点上,有多个程序在同时运行,并且多道程序之间互不干扰。 两者区别如下图

并行是多个程序在多个CPU上同时运行,任意一个时刻可以有很多个程序同时运行,互不干扰。

同步异步和阻塞非阻塞(阻塞非阻塞)(2)

同步异步和阻塞非阻塞(阻塞非阻塞)(3)

阻塞/非阻塞, 同步/异步的概念要注意讨论的上下文

1 .在进程通信层面, 阻塞/非阻塞, 同步/异步基本是同义词, 但是需要注意区分讨论的对象是发送方还是接收方。

发送方阻塞/非阻塞(同步/异步)和接收方的阻塞/非阻塞(同步/异步) 是互不影响的。

在 IO 系统调用层面( IO system call )层面, 非阻塞 IO 系统调用 异步 IO 系统调用存在着一定的差别, 它们都不会阻塞进程, 但是返回结果的方式和内容有所差别, 但是都属于非阻塞系统调用( non-blocing system call )

2. 非阻塞系统调用(non-blocking I/O system call 与 asynchronous I/O system call) 的存在可以用来实现线程级别的 I/O 并发, 与通过多进程实现的 I/O 并发相比可以减少内存消耗以及进程切换的开销。

附:PHP中同步阻塞的函数

  • mysql、mysqli、pdo以及其他DB操作函数
  • sleep、usleep
  • curl
  • stream、socket扩展的函数
  • swoole_client同步模式
  • memcache、redis扩展函数
  • file_get_contents/fread等文件读取函数

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