同步/异步与阻塞/非阻塞的区别消息

 

http://vrlinux.com/wenzhangjingxuan/20100908/75026.html

我喜欢用自己的语言通过联系现实生活中的一些现象解释一些概念,当我能做到这一点时,说明我已经理解了这个概念.今天要解释的概念是:同步/异步与阻塞/非阻塞的区别.

这两组概念常常让人迷惑,因为它们都是涉及到IO处理,同时又有着一些相类似的地方.

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/

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昨晚写完这篇文章之后,今早来看了看反馈,同时再自己阅读了几遍,发现还是有一些地方解释的不够清楚,在这里继续补充完善一下我的说法,但愿没有越说越糊涂.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

http://blog.163.com/miky_sun/blog/static/336940520104176206401/

 

Boost.asio的简单使用(timer,thread,io_service类)  

2010-05-17 18:20:06|  分类： C/C++之boost |  标签： |字号大中小 订阅

 

 

2. 同步Timer

本章介绍asio如何在定时器上进行阻塞等待(blocking wait).
实现,我们包含必要的头文件.
所有的asio类可以简单的通过include "asio.hpp"来调用.

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>

 

此外,这个示例用到了timer,我们还要包含Boost.Date_Time的头文件来控制时间.

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>

 

使用asio至少需要一个boost::asio::io_service对象.该类提供了访问I/O的功能.我们首先在main函数中声明它.

int main()
{
    boost::asio::io_service io;

 

下一步我们声明boost::asio::deadline_timer对象.这个asio的核心类提供I/O的功能(这里更确切的说是定时功能),总是把一个io_service对象作为他的第一个构造函数,而第二个构造函数的参数设定timer会在5秒后到时(expired).

boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));

 

这个简单的示例中我们演示了定时器上的一个阻塞等待.就是说,调用boost::asio::deadline_timer::wait()的在创建后5秒内(注意:不是等待开始后),timer到时之前不会返回任何值.
一个deadline_timer只有两种状态:到时,未到时.
如果boost::asio::deadline_timer::wait()在到时的timer对象上调用,会立即return.

t.wait();

 

最后,我们输出理所当然的"Hello, world!"来演示timer到时了.

    std::cout << "Hello, world! ";
    return 0;
}

 

完整的代码:

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>
int main()
{
    boost::asio::io_service io;
    boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));
    t.wait();
    std::cout << "Hello, world! ";
    return 0;
}

 

 

3. 异步Timer

#include <iostream>
#include <asio.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>

 

asio的异步函数会在一个异步操作完成后被回调.这里我们定义了一个将被回调的函数.

void print(const asio::error& /*e*/)
{
    std::cout << "Hello, world! ";
}
int main()
{
    asio::io_service io;
    asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));

 

这里我们调用asio::deadline_timer::async_wait()来异步等待

t.async_wait(print);

 

最后,我们必须调用asio::io_service::run().
asio库只会调用那个正在运行的asio::io_service::run()的回调函数.
如果asio::io_service::run()不被调用,那么回调永远不会发生.
asio::io_service::run()会持续工作到点,这里就是timer到时,回调完成.
别忘了在调用 asio::io_service::run()之前设置好io_service的任务.比如,这里,如果我们忘记先调用asio::deadline_timer::async_wait()则asio::io_service::run()会在瞬间return.

    io.run();
    return 0;
}

 

完整的代码:

#include <iostream>
#include <asio.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>
void print(const asio::error& /*e*/)
{
    std::cout << "Hello, world! ";
}
int main()
{
    asio::io_service io;
    asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));
    t.async_wait(print);
    io.run();
    return 0;
}

 

4. 回调函数的参数

这里我们将每秒回调一次,来演示如何回调函数参数的含义

#include <iostream>
#include <asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>

 

首先,调整一下timer的持续时间,开始一个异步等待.显示,回调函数需要访问timer来实现周期运行,所以我们再介绍两个新参数

• 指向timer的指针
• 一个int*来指向计数器

void print(const asio::error& /*e*/,
    asio::deadline_timer* t, int* count)
{

 

我们打算让这个函数运行6个周期,然而你会发现这里没有显式的方法来终止io_service.不过,回顾上一节,你会发现当 asio::io_service::run()会在所有任务完成时终止.这样我们当计算器的值达到5时(0为第一次运行的值),不再开启一个新的异步等待就可以了.

    if (*count < 5)
    {
        std::cout << *count << " ";
        ++(*count);
...

 

然后,我们推迟的timer的终止时间.通过在原先的终止时间上增加延时,我们可以确保timer不会在处理回调函数所需时间内的到期.
(原文:By calculating the new expiry time relative to the old, we can ensure that the timer does not drift away from the whole-second mark due to any delays in processing the handler.)

t->expires_at(t->expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));

 

然后我们开始一个新的同步等待.如您所见,我们用把print和他的多个参数用boost::bind函数合成一个的形为void(const asio::error&)回调函数(准确的说是function object).
在这个例子中, boost::bind的asio::placeholders::error参数是为了给回调函数传入一个error对象.当进行一个异步操作,开始 boost::bind时,你需要使用它来匹配回调函数的参数表.下一节中你会学到回调函数不需要error参数时可以省略它.

     t->async_wait(boost::bind(print,
        asio::placeholders::error, t, count));
    }
}
int main()
{
    asio::io_service io;
    int count = 0;
    asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(1));

 

和上面一样,我们再一次使用了绑定asio::deadline_timer::async_wait()

t.async_wait(boost::bind(print,
    asio::placeholders::error, &t, &count));
io.run();

 

在结尾,我们打印出的最后一次没有设置timer的调用的count的值

    std::cout << "Final count is " << count << " ";
    return 0;
}

 

完整的代码:

#include <iostream>
#include <asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>
void print(const asio::error& /*e*/,
  bsp;     asio::deadline_timer* t, int* count)
{
    if (*count < 5)
    {
        std::cout << *count << " ";
        ++(*count);
        t->expires_at(t->expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
        t->async_wait(boost::bind(print,
                    asio::placeholders::error, t, count));
    }
}
int main()
{
    asio::io_service io;
    int count = 0;
    asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(1));
    t.async_wait(boost::bind(print,
                asio::placeholders::error, &t, &count));
    io.run();
    std::cout << "Final count is " << count << " ";
    return 0;
}

 

 

5. 成员函数作为回调函数

本例的运行结果和上一节类似

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>

 

我们先定义一个printer类

class printer
{
public:
//构造函数有一个io_service参数,并且在初始化timer_时用到了它.用来计数的count_这里同样作为了成员变量
    printer(boost::asio::io_service& io)
        : timer_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
            count_(0)
    {

 

boost::bind 同样可以出色的工作在成员函数上.众所周知,所有的非静态成员函数都有一个隐式的this参数,我们需要把this作为参数bind到成员函数上.和上一节类似,我们再次用bind构造出void(const boost::asio::error&)形式的函数.
注意,这里没有指定boost::asio::placeholders::error占位符,因为这个print成员函数没有接受一个error对象作为参数.

timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));

 

在类的折构函数中我们输出最后一次回调的count的值

~printer()
{
    std::cout << "Final count is " << count_ << " ";
}

 

print函数于上一节的十分类似,但是用成员变量取代了参数.

    void print()
    {
        if (count_ < 5)
        {
            std::cout << count_ << " ";
            ++count_;
            timer_.expires_at(timer_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
            timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));
        }
    }
private:
    boost::asio::deadline_timer timer_;
    int count_;
};

 

现在main函数清爽多了,在运行io_service之前只需要简单的定义一个printer对象.

int main()
{
    boost::asio::io_service io;
    printer p(io);
    io.run();
    return 0;
}

 

完整的代码:

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>
class printer
{
    public:
        printer(boost::asio::io_service& io)
            : timer_(io, boost::posix_time::seconds(1)),
            count_(0)
    {
        timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));
    }
        ~printer()
        {
            std::cout << "Final count is " << count_ << " ";
        }
        void print()
        {
            if (count_ < 5)
            {
                std::cout << count_ << " ";
                ++count_;
                timer_.expires_at(timer_.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
                timer_.async_wait(boost::bind(&printer::print, this));
            }
        }
    private:
        boost::asio::deadline_timer timer_;
        int count_;
};
int main()
{
    boost::asio::io_service io;
    printer p(io);
    io.run();
    return 0;
}