同步和异步、阻塞和非阻塞

1.先说结论

在讨论IO的时候,同步和异步、阻塞和非阻塞是个经久不衰的技术话题。

一个IO操作涉及两个对象,分别是用户进程(线程)和系统内核。

以一个IO read操作为例,经历两个阶段:1.等待数据准备;2.将数据从内核拷贝到用户进程。

各种IO模式之间的区别,要从这两个阶段去体会,重点关注用户进程(线程)是否让出CPU时间片,数据拷贝是由谁来完成。下面说说个人认同的理解:

阻塞IO和非阻塞IO,都是同步IO;都是用户进程(线程)从内核中把数据取走。区别在于,阻塞IO模式下,用户进程会处于阻塞状态(让出CPU时间片),一直等待内核把数据准备好;非阻塞IO模式下,用户进程可以不断地主动去看数据是否准备好了,期间仍可以占用CPU时间片执行其它指令。

异步IO是说用户进程(线程)发起IO请求,注册回调接口,之后就可以执行其它指令;由内核负责调用回调接口把数据拷贝到用户进程。

2.再看概念

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞,是针对用户进程(线程)的状态来说的。阻塞意味着用户进程(线程)被挂起,即让出CPU时间片;非阻塞意味着用户进程(线程)不会挂起,仍可以做其它工作。

同步和异步

同步和异步,可以认为是针对指令执行顺序来说的。同步意味着发起调用后,没有得到结果之前,就不返回,自然不能执行其它指令;异步意味着调用发出后,调用方立刻返回,通过回调等措施拿到结果,这样调用方还可以执行其它指令。

因此,可以说阻塞和非阻塞、同步和异步,是针对不同的主体而言的。

3.Java IO

对于java程序员来说,JDK提供了bio、nio和aio,分别对应了阻塞IO、非阻塞IO和异步IO。

以网络IO的举例来说,JDK分别提供了以下的API来实现不同的IO模式。

bio

  • ServerSocket
  • Socket

nio

  • ServerSocketChannel
  • SocketChannel
  • Selector

Java nio通过Selector实现多路复用IO,使用Reactor模式,具体到linux上,底层是epoll模式。关于select、poll和epoll的区别,此处不做讨论。

aio

  • AsynchronousServerSocketChannel
  • AsynchronousSocketChannel
  • CompletionHandler

Java aio是Proactor模式,底层实现取决于操作系统是否支持异步IO,支持异步IO的linux版本,提供aio_read和aio_write函数。

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