同步/ 异步 / 阻塞 / 非阻塞？真把我搞晕了

同步/ 异步 / 阻塞 / 非阻塞？真把我搞晕了

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2401_82584055/article/details/139068941

本文将深入探讨这些I/O操作的核心概念，通过生活中的比喻，将抽象的技术术语转化为易于理解的日常场景。我们将一起探索同步与异步的通信机制，理解它们如何在不同的情境下发挥作用，以及阻塞与非阻塞如何影响程序的执行流程。通过这些深入浅出的解析，我们希望能够帮助读者更好地理解I/O操作的本质，从而在编程实践中做出更明智的选择。

同步和异步概念

同步和异步关注的是消息通信机制。

• 同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。
• 异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。

生活举例

• 同步：在人工咖啡店点咖啡，排队等待服务员制作完成，等制作完成之后，才能进行下一步行动。
• 异步：自助咖啡机等咖啡，可以在等咖啡时做其他事情，例如玩手机，读杂志。

同步的举例很明显现在已经被优化了，因为同步的对人为感觉明显不好，异步更为舒适。

阻塞和非阻塞概念

阻塞和非阻塞关注程序在等待调用结果时的状态。

• 阻塞：被调用者接受到任务请求，会挂起当前线程，执行任务请求，直到完成，然后返回给调用者。
• 非阻塞：被调用者，先做完其他的事情，然后开始做调用者的任务请求，不会阻塞当前线程。

生活举例

• 阻塞：交通拥堵的交通路口等待红绿灯，只有交通信号灯变绿才能继续前行，车辆被阻塞。
• 非阻塞：当你在等待电梯，此时电梯在其他楼层，采用非阻塞方式，可以采用楼梯代替电梯。

Java 代码举例

同步阻塞I/O（BIO）

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class SyncBlockingIOExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt")) {
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                // 处理数据
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

同步非阻塞I/O

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;

public class SyncNonBlockingIOExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("example.txt"), StandardOpenOption.READ);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        while (channel.read(buffer) != -1) {
            buffer.flip();
            while (buffer.hasRemaining()) {
                // 处理数据
                System.out.print((char) buffer.get());
            }
            buffer.clear();
        }
        channel.close();
    }
}

异步I/O（AIO）

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousFileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.util.concurrent.Future;

public class AsyncIOExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("example.txt"), StandardOpenOption.READ);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        Future<Integer> result = channel.read(buffer, 0);
        while (!result.isDone()) {
            // 执行其他任务
        }
        buffer.flip();
        while (buffer.hasRemaining()) {
            // 处理数据
            System.out.print((char) buffer.get());
        }
        buffer.clear();
        channel.close();
    }
}

区别详解

同步I/O

1. 定义：同步I/O是指程序发起一个I/O操作后，必须等待该操作完成并获取到结果后，才能继续执行后续代码。
2. 特点：同步I/O操作会阻塞程序的执行，直到I/O操作完成。这意味着程序在等待I/O操作期间不能执行其他任务。
3. 示例：在Java中，使用java.io包中的FileInputStream或FileOutputStream进行文件读写就是同步I/O的例子。

异步I/O

1. 定义：异步I/O是指程序发起一个I/O操作后，不需要等待该操作完成，而是可以继续执行后续代码。I/O操作完成后，程序会通过回调、事件或轮询等方式得到通知。
2. 特点：异步I/O不会阻塞程序的执行，允许程序在I/O操作进行的同时执行其他任务，提高了程序的并发性和效率。
3. 示例：在Java中，使用java.nio.channels.AsynchronousFileChannel进行文件读写就是异步I/O的例子。

阻塞I/O

1. 定义：阻塞I/O是指程序发起一个I/O操作后，如果数据尚未准备好（如数据未到达、文件未找到等），程序会一直等待，直到数据准备好并完成I/O操作。
2. 特点：阻塞I/O会导致程序的执行线程被挂起，直到I/O操作完成。在这期间，线程不能执行其他任务。
3. 示例：在Java中，使用java.io包中的Socket进行网络通信时，InputStream.read()方法就是阻塞I/O的例子。

非阻塞I/O

1. 定义：非阻塞I/O是指程序发起一个I/O操作后，如果数据尚未准备好，I/O操作会立即返回一个错误或特定值，而不是等待数据准备好。
2. 特点：非阻塞I/O允许程序在数据未准备好时继续执行其他任务，而不是等待。程序通常需要轮询或检查I/O操作的状态，以确定何时数据准备好。
3. 示例：在Java中，使用java.nio包中的SocketChannel设置为非阻塞模式，并使用read()方法进行网络通信，就是非阻塞I/O的例子。

其他补充

1. 同步IO：当程序发起IO操作时，程序会一直等待IO操作完成后才能继续执行后续操作，这种IO称为同步IO。
2. 异步IO：程序发起IO操作后，不需要等待IO操作完成，而是继续执行后续操作，当IO操作完成后通过回调等方式通知程序，这种IO称为异步IO。
3. 阻塞IO：程序发起IO操作时，如果IO操作无法立即完成，程序会一直等待IO操作完成或出错后才能继续执行后续操作，这种IO称为阻塞IO。
   
4. 非阻塞IO：程序发起IO操作时，如果IO操作无法立即完成，程序会立即返回一个错误码或结果，然后继续执行后续操作，通过轮询等方式可以判断IO操作是否完成，这种IO称为非阻塞IO。

总结：

• 同步IO和异步IO是根据程序等待IO操作完成的方式来区分的。
• 阻塞IO和非阻塞IO是根据程序在等待IO操作完成时是否能继续执行其他操作来区分的。