Linux-同步异步非阻塞阻塞的解析

一、理解同步、异步、阻塞、非阻塞

　　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）。
　　1 老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞）
　　　　老张觉得自己有点傻。
　　2 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）
　　　　老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。
　　3 老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）
　　　　老张觉得这样傻等意义不大。
　　4 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）
　　　　老张觉得自己聪明了。

　　所谓同步异步，只是对于水壶而言。
　　普通水壶，同步；响水壶，异步。
　　虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。
　　同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。

　　所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。
　　立等的老张，阻塞；看电视的老张，非阻塞。

　　情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。

　　再找一个买书的例子：
　　异步／同步：
　　　　异步： 你去书店，问《如何征服美少女》到货没，老板说，没到货，到货了给你打电话。你就走了，而且不需要再没接到老板电话之前再跑到书店问。
　　　　同步：你去书店，问《如何征服美少女》到货没，老板说，没到货，你走了，过了一段时间，你又到书店，问《如何征服美少女》到货没，老板说没有，。。。。就这样，你不断的来书店自己询问。直到你鞋都跑破了.....
　　　　注意：你离开书店（不管是异步还是同步），是可以干自己的事情的，比如去做个大保健。

　　阻塞／非阻塞
　　　　阻塞：你去书店，问《如何征服美少女》到货没有，老板说，没到货，于是你就在书店苦等，等书到货，除了干坐着，啥也干不了，直到书来。
　　　　非阻塞：你去书店，问《如何征服美少女》到货没，老板说，没到货，你就走了。（至于还来不来书店，取决于你的心情吧。但是在计算机中，没处理完的事情，是要处理的。）

　　异步／同步 是你的到消息的方式，关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)。
　　阻塞／非阻塞是你怎样处理事情，关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态。
　　两组概念不是一个层面上的。

在上面的例子中，你就相当于计算机中的 进程 ，你的两条腿就相当于CPU。（比喻很牵强也）

二、解析
　　在高性能的I/O设计中，有两个比较著名的模式Reactor和Proactor模式，其中Reactor模式用于同步I/O，而Proactor运用于异步I/O操作。

　　在比较这两个模式之前，我们首先的搞明白几个概念，什么是阻塞和非阻塞，什么是同步和异步。

　　同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的，同步指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪，而异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知（异步的特点就是通知）。

　　而阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式，阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，而非阻塞方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

　　首先一个IO操作其实分成了两个步骤：发起IO请求和实际的IO操作。

　　同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞，如果实际的IO读写阻塞请求进程，那么就是同步IO，因此阻塞IO、非阻塞IO、IO服用、信号驱动IO都是同步IO，如果不阻塞，而是操作系统帮你做完IO操作再将结果返回给你，那么就是异步IO。

　　阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步，发起IO请求是否会被阻塞，如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。

　　说到阻塞,首先得说说I/O等待。I/O等待是不可避免的,那么既然有了等待,就会有阻塞,但是注意,我们说的阻塞是指当前发起I/O操作的进程被阻塞
　　同步阻塞I/O便是指,当进程调用某些涉及I/O操作的系统调用或库函数时,比如accept()(注意accept也算在了i/o操作)、send()、recv()等,进程便暂停下来,等待I/O操作完成再继续运行。这是一种简单而有效的I/O模型,它可以和多进程结合起来有效的利用CPU资源,但是代价就是多进程的大量内存开销。

　　同步阻塞 进程坐水,就不能烧粥
　　同步非阻塞  类似于用一个进程坐水,烧粥. while(true){if... if... }  好处就是一个进程处理多个i/o请求. 劣势就是需要不停的轮询.

　　区别在于等不等待数据就绪. 因为数据占了等待的80%时间. 同步非阻塞的优势就是一个进程里同时处理多个I/O操作。

　　在同步阻塞I/O中,进程实际上等待的时间可能包括两部分,一个是等待数据的就绪,另一个是等待数据的复制,对于网络I/O来说,前者的时间可能要更长一些。与此不同的是,同步非阻塞I/O的调用不会等待数据的就绪,如果数据不可读或者不可写,它会立即返回告诉进程。

　　比如我们使用非阻塞recv()接收网络数据的时候,如果网卡缓冲区中没有可接收的数据,函数就及时返回,告诉进程没有数据可读了。相比于阻塞I/O,这种非阻塞I/O结合反复的轮询来尝试
数据是否就绪,防止进程被阻塞,最大的好处便在于可以在一个进程里同时处理多个I/O操作。但正是由于需要进程执行多次的轮询来查看数据是否就绪,这花费了大量的CPU时间,使得进程处于忙碌等待状态。

　　非阻塞I/O一般只针对网络I/O有效,我们只要在socket的选项设置中使用O_NONBLOCK即可,这样对于该socket的send()或recv()便采用非阻塞方式。
　　如果服务器想要同时接收多个TCP连接的数据,就必须轮流对每个socket调用接收数据的方法,比如recv()。不管这些socket有没有可以接收的数据,都要询问一遍,假如大部分socket并没有数据可以接收,那么进程便会浪费很多CPU时间用于检查这些socket,这显然不是我们所希望看到的。

　　同步和异步,阻塞和非阻塞,有些混用,其实它们完全不是一回事,而且它们修饰的对象也不相同。
　　阻塞和非阻塞是指当进程访问的数据如果尚未就绪,进程是否需要等待,简单说这相当于函数内部的实现区别,也就是未就绪时是直接返回还是等待就绪;


　　而同步和异步是指访问数据的机制,同步一般指主动请求并等待I/O操作完毕的方式,当数据就绪后在读写的时候必须阻塞(区别就绪与读写二个阶段,同步的读写必须阻塞),异步则指主动请求数据后便可以继续处理其它任务,随后等待I/O,操作完毕的通知,这可以使进程在数据读写时也不阻塞。(等待"通知")

　　多数情况下,Web服务器对这些请求采用基于队列的自由竞争,通过多执行流(多进程或多线程)来充分占 用CPU以及I/O资源,减少任何无辜的等待时间,这其中包括了很多种具体实现的并发策略,在实际应用中,特别是Web服务器,同时处理大量的文件描述符是必不可少的.多路I/O就绪通知的出现,提供了对大量文件描述符就绪检查的高性能方案,它允许进程(比如电子屏,会闻到各个饭馆做好饭菜的味道)通过一种方法来同时监视所有文件描述符,并可以快速获得所有就绪的文件描述符,然后只针对这些文件描述符进行数据访问。
　　回到买面条的故事中,假如你不止买了一份面条,还在其它几个小吃店买了饺子、粥、馅饼等,因为一起逛街的朋友看到你的面条后也饿了。这些东西都需要时间来等待制作。在同步非阻塞I/O模型中,你要轮流不停的去各个小吃店询问进度,痛苦不堪。现在引入多路I/O就绪通知后,小吃城管理处给大厅安装了一块电子屏幕,以后所有小吃店的食物做好后,都会显示在屏幕上,这可真是个好消息,你只需要间隔性的看看大屏幕就可以了,也许你还可以同时逛逛附近的商店,在不远处也可以看到大屏幕。

　　多路就绪:1.强调多路. 2.只针对请求数据是否就绪.不针对i/o读写
　　epoll针对的是这样的场景.

　　select, epoll都只需要进程(我)被动接收到数据就绪(面条)"通知".符合异步的定义. 不需要一直在饭馆等(同步阻塞).或轮询(同步非阻塞).