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同步异步和阻塞非阻塞真正的区别#xff01;#xff01;#xff01;
假设某个进程正在运行下面这段代码#xff1a;
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同步异步和阻塞非阻塞真正的区别
假设某个进程正在运行下面这段代码
......
operatorA......;
read();
operatorB......;
operatorC......;当进程执行完operatorA后开始进行read系统调用而所需数据尚未准备好这时进程有两种选择
等待数据准备好然后再运行operatorBoperatorC不等待数据的准备直接运行operatorBoperatorC
同步和异步
第1种就是同步方式第2种就是异步方式同步和异步描述的是进程的IO操作与其之后的各指令之间运行的先后顺序及依赖关系 先不谈同步和异步如何实现先来看为什么有同步或者异步的需求 当operatorBoperatorC等后续操作依赖于read读入的数据时程序必须停留在read这一步直至数据完全准备好否则程序会出现错误的结果这就是所谓“同步” 而当operatorBoperatorC等后续操作与read读入的数据无关时完全可以让当前线程继续执行下去与后台的IO操作同时进行这就是所谓“异步” 这里可以做一下同义词转换同步——必须保证某种指令顺序异步——一段代码中指令执行互相没有依赖不需要保证顺序
阻塞和非阻塞
继续看第1种情况也就是进程等待数据准备好再执行operatorBoperatorC的同步方式即使是等待也有两种不同的“等待”
主动放弃CPU在阻塞态下等待占用CPU进行轮询在运行态下等待
第1种就是阻塞方式第2种就是非阻塞方式。也就是说阻塞和非阻塞这一对概念是在同步的基础上才有了意义在异步下进程是“继续执行”而不是“等待”于是不可能会涉及“以何种姿态等待”的问题即阻塞和非阻塞这对概念描述的问题 如果学过操作系统的朋友可以感觉到阻塞方式就是操作系统中的“中断驱动”方式而非阻塞方式就是操作系统中的“程序控制”方式显然前者的优点是可以更高效地使用系统资源而后者的优点是实时性即保证read所需的数据准备好的一瞬间就让进程继续往下执行operatorB和operatorC而不是接受中断后进入就绪态等待操作系统漫长的相对而言和不稳定的进程调度才得以继续执行 下面是对一篇讲解 Java IO 底层原理的优秀博客所做的阅读笔记和精华摘抄原文链接为10分钟看懂 Java NIO 底层原理
Java程序IO的本质或操作系统IO的本质
read系统调用是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区而write系统调用是把数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区。这个两个系统调用都不负责数据在内核缓冲区和磁盘之间的交换。底层的读写交换是由操作系统kernel内核完成的。
阻塞和非阻塞
阻塞是指用户空间调用线程一直在等待而且别的事情什么都不做非阻塞是指用户空间调用线程拿到状态就返回IO操作可以干就干不可以干就去干的事情。 在java中默认创建的socket都是阻塞的。
同步和异步
同步IO是指用户空间线程是主动发起IO请求的一方内核空间是被动接受方。异步IO则反过来是指内核kernel是主动发起IO请求的一方用户线程是被动接受方用户空间线程向内核空间注册各种IO事件的回调函数由内核去主动调用
三种IO模型
同步阻塞IOBlocking IO
BIO的优点
程序简单在阻塞等待数据期间用户线程挂起。用户线程基本不会占用 CPU 资源。
BIO的缺点
一般情况下会为每个连接配套一条独立的线程或者说一条线程维护一个连接成功的IO流的读写。在并发量小的情况下这个没有什么问题。但是当在高并发的场景下需要大量的线程来维护大量的网络连接内存、线程切换开销会非常巨大。因此基本上BIO模型在高并发场景下是不可用的。 注意不要混淆这里的阻塞IO和操作系统课里学的学的IO模型操作系统里面学的IO模型是为了节省CPU资源而设计的概念位于现在所说的JavaIO模型的下层对Java程序而言是不可见的而BIO、NIO、AIO是在操作系统的IO模型的上层又发展出的概念是Java程序可见可控的 同步非阻塞NIONone Blocking IO
在linux系统下可以通过设置socket使其变为non-blocking。NIO 模型中应用程序在一旦开始IO系统调用会出现以下两种情况
1在内核缓冲区没有数据的情况下系统调用会立即返回返回一个调用失败的信息。
2在内核缓冲区有数据的情况下是阻塞的直到数据从内核缓冲复制到用户进程缓冲。复制完成后系统调用返回成功应用进程开始处理用户空间的缓存数据。
NIO的优点
每次发起的 IO 系统调用在内核的等待数据过程中可以立即返回。用户线程不会阻塞实时性较好。
NIO的缺点
需要不断的重复发起IO系统调用这种不断的轮询将会不断地询问内核这将占用大量的 CPU 时间系统资源利用率较低。 点评NIO有点是“牺牲一切为实时性服务” Java NIONew IO 不是IO模型中的NIO模型而是另外的一种模型叫做IO多路复用模型 IO multiplexing IO多路复用模型
IO多路复用模型是同步的也是阻塞的和BIO的区别就是一个线程可以监听成百上千个文件描述符减轻了操作系统创建那么多个线程的负担
异步IO模型asynchronous IO
当用户线程调用了read系统调用立刻就可以开始去做其它的事用户线程不阻塞在内核kernel的等待数据和复制数据的两个阶段用户线程都不是block(阻塞)的用户线程需要注册IO操作完成的回调函数到操作系统的内核异步IO有的时候也叫做信号驱动 IO真正的异步 I/O 模型Windows 系统下通过 IOCP 实现了真正的异步 I/O。但是很少作为百万级以上或者说高并发应用的服务器操作系统来使用。而在 Linux 系统下异步IO模型目前并不完善。所以在 Linux 下实现高并发网络编程时都是以 IO 复用模型模式为主。 参考资料 IO 模型知多少 | 理论篇 10分钟看懂 Java NIO 底层原理
