如何理解：同步异步阻塞非阻塞BIONIOAIO？

Posted 2023-01-09 黑马程序员官方

有关于同步/异步/阻塞/非阻塞/BIO/NIO/AIO的内容是面试的高频问题了，网上相关内容很多，汇总起来的很少。

常见的误区

假设有一个展示用户详情的需求，分两步，先调用一个HTTP接口拿到详情数据，然后使用合适的视图站视详情数据。

如果网速很慢，代码发起一个HTTP请求后，就卡住不动了，直到十几秒后才拿到HTTP响应，然后继续往下执行。

这个时候你问别人，刚刚代码发起的这个请求是不是一个同步请求，对方一定回答是，这是对的。

但是我们要问为什么是呢？很多人都会说：“因为发起请求之后，代码就卡住不动了，直到拿到响应之后才可以继续往下执行。”【这是不对的，因果关系弄反了！】

因为内核空间里的对应函数会卡住不动，造成用户空间发起的系统调用卡住不动，继而使程序里的用户代码卡住不动了。卡着不动知识同步请求的一个副作用，并步能用它来定义同步请求，那么该如何定义呢？

同步：就是实时处理（打电话）

可以理解为在执行完一个函数或者方法之后，一直等待系统返回值或者消息，这时程序是出于阻塞的，只有接受到返回值或者消息后才能往下执行其他的命令。

也就是服务器一接受到客户请求，马上相应，这样客户端可以在最短时间内得到结果，但是如果多个客户端，或者 一个客户端发出请求很频繁的时候，服务器午发同步处理，就会造成拥塞。

同步像是打电话，通信双方不断（我们是同时进行）你一句我一句这样的好处是：对方想表达的信息我马上就能收到，但是我在打电话，我无法做别的事情。

异步：就是分时处理（如收发短信）

服务器接受到客户端请求后并不是立即处理，而是等待服务器比较空闲的时候加以处理，可以避免涌塞。

异步如同收发短信，打电话是双方都要在线，短信呢，另一方是不用在手机旁的，也不用一直等着手机来没有短信。

对于写程序，同步往往会阻塞，没有数据过来，就一直等着，异步就步会阻塞。没有数据我就干别的事情，有数据的时候我再处理数据。

下面我们再来看看图解：

阻塞非阻塞

阻塞与非阻塞是描述线程再访问某一个资源的时候，数据是否准备就绪的一种处理方式，当数据没有准备就绪的时候：

• 阻塞：线程持续等待资源中数据准备完成，直到返回响应结果。
• 非阻塞：线程池直接返回结果，不会持续等待资源准备数据结束后才响应结果。

我们可以把阻塞理解成堵车，一动不动；非阻塞就是路通了。

计算机当中，一般阻塞的时候只能等着，因为这是最容易实现的，只需要挂起线程，让出CPU即可，再满足条件的时候会重新调度该线程。

• 所谓同步/异步，关注的是能不能同时开工。
• 所谓阻塞/非阻塞，关注的是能不能动。

通过推理进行组合：

同步阻塞，不能同时开工，也不能动。只有一条小道，一次只能过一辆车，可悲的是还TMD的堵上了。

同步非阻塞，不能同时开工，但可以动。只有一条小道，一次只能过一辆车，幸运的是可以正常通行。

异步阻塞，可以同时开工，但不可以动。有多条路，每条路都可以跑车，可气的是全都TMD的堵上了。

异步非阻塞，可以工时开工，也可以动。有多条路，每条路都可以跑车，很爽的是全都可以正常通行。

是不是很容易理解啊。其实它们的关注点是不同的，只要搞明白了这点，组合起来也不是事儿。

回到程序里，把它们和线程关联起来：

• 同步阻塞，相当于一个线程在等待。
• 同步非阻塞，相当于一个线程在正常运行。
• 异步阻塞，相当于多个线程都在等待。
• 异步非阻塞，相当于多个线程都在正常运行。

I/O

指的就是读入/写出数据的过程，和等待读入/写出数据的过程。一旦拿到数据后就编程数据操作了，步是IO了。

拿网络IO来说等待的过程就是数据从网络到网卡再到内核的空间，读写的过程就是内核空间和用户空间的互相拷贝。

所谓的IO就包括两个过程，一个是等待数据的过程，一个是读写（拷贝）数据的过程。而且还要明白，一定不能包括操作数据的过程。

阻塞IO和非阻塞IO

应用程序都是运行再用户空间的，所以它们能操作的数据也都在用户空间。按照这样来理解，只要数据没有达到用户空间，用户线程就操作不了。

如果此时用户线程已经参与，那它一定会呗阻塞在IO上，这就是常说的阻塞IO。用户线程呗阻塞在等待数据上或者拷贝数据上。整个流程都是采用一个线性的处理方式：请求数据—>等待数据准备就绪—>等待数据拷贝—>数据拷贝完成，返回结果，但是！如果数据准备过程非常长的话，整个进程的阻塞时间也会非常长，严重影响应用处理效率。

处理流程：

如果此时用户线程已经参与，那它一定会被阻塞在IO上。这就是常说的阻塞IO。用户线程被阻塞在等待数据上或拷贝数据上。

非阻塞IO就是用户线程不参与以上两个过程，即数据已经拷贝到用户空间后，才去通知用户线程，一上来就可以直接操作数据了。

用户线程没有因为IO的事情出现阻塞，这就是常说的非阻塞IO。

处理流程：

同步IO和同步阻塞IO

按照上文中对同步的理解，同步IO是指发起IO请求后，必须拿到IO的数据才可以继续执行。

按照程序的表现形式又分为两种：

• 在等待数据的过程中，和拷贝数据的过程中，线程都在阻塞，这就是同步阻塞IO。
• 在等待数据的过程中，线程采用死循环式轮询，在拷贝数据的过程中，线程在阻塞，这其实还是同步阻塞IO。

网上很多文章把第二种归为同步非阻塞IO，这肯定是错误的，它一定是阻塞IO，因为拷贝数据的过程，线程是阻塞的。

严格来讲，在IO的概念上，同步和非阻塞是不可能搭配的，因为它们是一对相悖的概念。

同步IO意味着必须拿到IO的数据，才可以继续执行。因为后续操作依赖IO数据，所以它必须是阻塞的。

非阻塞IO意味着发起IO请求后，可以继续往下执行。说明后续执行不依赖于IO数据，所以它肯定不是同步的。

因此，在IO上，同步和非阻塞是互斥的，所以不存在同步非阻塞IO。但同步非阻塞是存在的，那不叫IO，叫操作数据了。

所以，同步IO一定是阻塞IO，同步IO也就是同步阻塞IO。

异步IO和异步阻塞/非阻塞IO

按照上文中对异步的理解，异步IO是指发起IO请求后，不用拿到IO的数据就可以继续执行。

用户线程的继续执行，和操作系统准备IO数据的过程是同时进行的，因此才叫做异步IO。

按照IO数据的两个过程，又可以分为两种：

• 在等待数据的过程中，用户线程继续执行，在拷贝数据的过程中，线程在阻塞，这就是异步阻塞IO。
• 在等待数据的过程中，和拷贝数据的过程中，用户线程都在继续执行，这就是异步非阻塞IO。

第一种情况是，用户线程没有参与数据等待的过程，所以它是异步的。但用户线程参与了数据拷贝的过程，所以它又是阻塞的。合起来就是异步阻塞IO。

第二种情况是，用户线程既没有参与等待过程也没有参与拷贝过程，所以它是异步的。当它接到通知时，数据已经准备好了，它没有因为IO数据而阻塞过，所以它又是非阻塞的。合起来就是异步非阻塞IO。