同步和异步的概念

Posted 2023-02-16

同步指两个或两个以上随时间变化的量在变化过程中保持一定的相对关系。同步（英语：Synchronization），指对在一个系统中所发生的事件（event）之间进行协调，在时间上出现一致性与统一化的现象。在系统中进行同步，也被称为及时（in time）、同步化的（synchronous、in sync）。
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。异步双方不需要共同的时钟，也就是接收方不知道发送方什么时候发送，所以在发送的信息中就要有提示接收方开始接收的信息，如开始位，同时在结束时有停止位。 参考技术A 同步（tóng bù）synchronous;sync;synchronism;synchronization 指两个或两个以上随时间变化的量在变化过程中保持一定的相对关系。

异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

异步/同步,阻塞/非阻塞,单线程/多线程概念梳理

最近看了一文说到异步是单线程的,顿时就傻眼了,对相关概念和同事进行了一些讨论和总结.
文中的描述是以我的理解来说的,可能不一定准确甚至正确,有错欢迎指正.

这三个概念我认为是描述不同的维度的,概念正交.

异步 同步

异步和同步是不同的流程设计风格.
但存在依赖关系的操作之间是同步的,也就是如果操作B依赖操作A的返回,那么B必须要在A结束后才能执行.
比如你要读取文件然后对文件内容进行处理,那么读取内容和处理内容就是同步的.

而异步这是操作间没有依赖关系,或者先后顺序并不重要.
比如用户登陆要给登陆奖励,在确认用户可登陆后之后的登陆流程和发放奖励间并无依赖关系,那么他们就可以异步执行.

这个概念主要描述依赖关系和流程设计.

阻塞 非阻塞

这个概念是描述操作是否会立即返回的.
这个概念常常和异步/同步混在一起.
同步就一定是阻塞的吗,这不一定,这取决于同步执行里的各个操作是否是阻塞的.

非阻塞操作可以被用在异步API的实现.
基于单线程的异步API实现里的操作一般都会要求为非阻塞.

单线程 多线程

这两个概念常和异步 同步混在一起.
比如认为异步一定是要多线程才能实现的,但其实不然,有很多基于Eventloop的单线程实现.
单线程 多线程主要描述的是运行的环境.
如图:

(来源参考3)

一些实现中相关的概念

在实现中,为了高效的执行这些概念会被组合起来使用.
单线程的异步操作,需要依赖非阻塞操作(不然单个线程就直接阻塞了).而这里异步的目的是为了提高线程的利用率,这在IO密集的应用中比较有效.
但如果操作本身是计算密集的,那么单线程的异步操作就没有太大的意义了.

而如果无法满足操作都是非阻塞的,那常常会使用多线程来规避主线程(例如服务器中的请求处理线程和GUI中的UI线程)阻塞.
这种一般会返回Future等类似的占位符,并提供非阻塞查询结果是否返回,或者支持回调函数.
这在java中比较常见,毕竟java世界中的阻塞操作比较多.

上述概念和IO的关系.
一些对应的API.

要记住的是这些操作和单线程/多线程都没什么关系.
更多的内容之前有翻译一篇文章: 各个类型的IO - 阻塞, 非阻塞,多路复用和异步
对应语言的各种IO要看使用了系统提供的哪些类型的API.
例如Java,在Linux中的AIO是多线程模拟实现的,而在windows下使用了IOCP使用.

参考资料:
1.https://blog.slaks.net/2014-12-23/parallelism-async-threading-explained/

2.https://stackoverflow.com/questions/41770985/i-o-blocking-in-green-threads

3.https://stackoverflow.com/questions/748175/asynchronous-vs-synchronous-execution-what-does-it-really-mean