同步～異步～阻塞～非阻塞

原文地址：同 步 和 異 步作者：zenos

 

一、同步～異步～阻塞～非阻塞

    同步（Synchronous）和異步（Asynchronous）的概念本來來自通信領域：首先是通信的同步，主要是指客戶端在發送請求後，必須得在服務端有回應後才發送下一個請求，所以這個時候的所有請求將會在服務端得到同步；其次是通信的異步，指客戶端在發送請求後，不必等待服務端的回應就可以發送下一個請求，這樣對於所有的請求動作來說將會在服務端得到異步，這條請求的鏈路就像是一個請求隊列，所有的動作在這裏不會得到同步的。

    阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-blocking）主要是指某個程序模塊、進程是否占用了係統的某種資源（各種硬件資源和軟件資源，甚至包括時間等等）而影響其它程序模塊、進程無法運行或者處理它的任務。如果影響了，就是阻塞；如果沒有影響，就是非阻塞。

    很多人會把“同步/異步”和“阻塞/非阻塞”的概念搞混淆，總認為同步就是阻塞，異步就是非阻塞。從上麵的描述可以看出，其實“同步/異步”和“阻塞/非阻塞”之間是沒有任何關係的。

   

二、 同步調用～異步調用～阻塞調用～非阻塞調用

    在實際中，我們說“同步和異步”，其實往往指的是函數調用的“同步和異步”，也就是“同步調用和異步調用”。所謂同步調用，就是在發出一個功能調用時，在沒有得到結果之前，該調用就不返回。按照這個定義，其實絕大多數函數都是同步調用（例如sin, isdigit等）。但是一般而言，我們在說同步、異步的時候，特指那些需要其他部件協作或者需要一定時間完成的任務。異步調用的概念和同步相對。當一個異步過程調用發出後，調用者不能立刻得到結果，但調用者會立即從被調用者返回。實際處理這個調用的部件在完成後，通過狀態、通知和回調來通知調用者。

    阻塞調用是指調用結果返回之前，當前線程會被掛起。函數隻有在得到結果之後才會返回。非阻塞和阻塞的概念相對應，指在不能立刻得到結果之前，該函數不會阻塞當前線程，而會立刻返回。

    這個時候又有很多人會把“同步調用和異步調用”和“阻塞調用和非阻塞調用”搞混淆，把同步調用等同於阻塞調用，把異步調用等同於非阻塞調用，其實這是不對的。

    對於同步調用來說，很多時候當前線程還是激活的，隻是從邏輯上當前函數沒有返回而已。而對於阻塞調用來說，當前線程會立即掛起，硬要等到要做的事情完成才會退出。

    對於異步調用來說，它往往隻是Assign一個Task給被調用部件，被調用部件返回的結果是接不接受調用者的Task請求（如果太忙，或者任務隊列滿等原因會導致不接受請求），如果它接受你的請求，等到它做完後會想辦法告訴調用者。而對於非阻塞調用來說，就是在調用的時候，如果被調用者能完成，就直接完成並告訴你完成了，如果它完不成就會告訴被調用者它無法完成，並告訴調用者它完不成的原因（當然，有些情況會省略這一步，一種情況是調用者不在意是什麼原因導致執行部件無法完成；還有一種情況是隻有一種原因導致執行部件無法完成，所以不說調用者也知道）。

    我們可以將這四種調用方式打幾個粗淺的比喻：

    同步調用：“一定要把這個事情搞定！要人給人，要錢給錢！” 被調用者費了九牛二虎之力後虛弱的回答： “老大，事情擺平了……”

    異步調用：“嗯，你把這個事情處理一下。”被調用者回答TRUE：“收到，放心吧，老大，搞定後我會通知你的。”回答FALSE：“老大，現在我忙死了！等我緩口氣行不行？”

    阻塞調用：“這段時間你就專心搞這個事情，不惜一切代價把這個事情搞定！等到天荒地老也要搞定！在線等！”被調用者求爺爺告奶奶四處求人終於把問題搞定後很委屈的回答：“老大，事情擺平了～～～”

    非阻塞調用：“嗯，你把這個事情處理一下。”被調用者一件一件的檢查需要辦完這件事情的資源，如果發現某種資源不夠，就回答FALSE：“老大，XXXX沒有，我搞不定。”如果整個檢查下來發現資源都有，於是做完，並很幹脆的回答TRUE：“老大，事情擺平了！”

 

三、異步調用結果的返回

    當執行部件執行任務完畢後（任務不一定成功完成），就需要將結果告訴調用者，好讓調用者進行善後處理。前麵說了，異步調用的結果，通過狀態（State）、通知（Notify）和回調（Callback）來通知調用者。這三種方法大致如下：

    狀態：當執行部件執行任務完畢後，通過設置某些全局變量來傳遞信息，被調用者在主程序中查詢這些信息，並根據這些信息作出善後處理。在我們的程序中，狀態機（State Machine）就是這種方法的典型體現。

    通知：當執行部件執行任務完畢後，通過某種通訊方法通知調用部件。在我們程序中，8032發UOP後，RISC處理完畢後的Notify就是這種方法的典型體現。

    回調：調用者在Assign Task的同時，除了任務，還會傳遞一個回調函數到執行部件，執行部件會通過函數指針記錄這個回調函數；執行部件執行任務完畢後，會通過函數指針來調用這個回調函數。在我們的程序中，播放USB中的Divx文件時，讀文件內容采用的就是這種方法。

    對於這三種方法，我們也可以打一個比較粗淺的比喻：

    狀態：領導要下屬做某件事情，下屬接過任務開始做……領導過一段時間就跑過去問：搞定沒有？回答：沒有搞定；領導過一段時間又跑過去問：搞定沒有？回答：沒有搞定……領導跑過去問：搞定沒有？回答：搞定了！

    通知：領導要下屬做某件事情，當下屬做完以後，打電話告訴領導：“我搞定了。”

    回調：領導要下屬做某件事情，在交代事情的時候，還給他一個“錦囊妙計”，當下屬做完以後，打開“錦囊妙計”，將善後事宜一一處理完畢。

    我們可以看出，狀態的方法比較簡單，也比較容易實現，並且不容易出錯，可讀性相對也好；但是它的實時性和效率沒有通知和回調的方法好。

 

四、各種調用的進一步思考

    闡述到這裏，我想我們有必要停下來思考一些東西，那就是這些不同的調用有哪些優缺點，應該應用在哪些場合？

    很多人認為異步調用比同步調用好；非阻塞調用比阻塞調用好；這也是不對的。個人一直認為：沒有最好的，隻有最適合的。同步調用和阻塞調用，程序相對簡單，而且可讀性強，移植性好，容易實現，容易維護……還有在一些特殊情況，必須使用同步調用和阻塞調用（不使用的話，其它的事情就沒有辦法做，比如初始化）。相對於同一個Task，異步調用和非阻塞調用並不能加快這個Task的執行速度和效率；相反，它們反而會降低這個Task的執行速度和效率！異步調用和非阻塞調用是站在整個係統的層麵上考慮問題的，它們的目的在於使得整個係統運行的性能效率提高，各個部件之間運行配合更加協調。這才是它們真正的優點。所以我們在想把某個模塊從同步/阻塞方式改為異步/非阻塞方式的時候就要考慮是否真的能夠達到預定的目的。