socket阻塞与非阻塞,同步与异步
1. 概念理解
在进行网络编程时,我们常常见到同步(Sync)/异步(Async),阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)四种调用方式:
同步/异步主要针对C端:
同步:
所谓同步,就是在c端发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。也就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。
例如普通B/S模式(同步):提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回 这个期间客户端浏览器不能干任何事
异步:
异步的概念和同步相对。当c端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。
例如 ajax请求(异步): 请求通过事件触发->服务器处理(这是浏览器仍然可以作其他事情)->处理完毕
阻塞/非阻塞主要针对S端:
阻塞
阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起(线程进入非可执行状态,在这个状态下,cpu不会给线程分配时间片,即线程暂停运行)。函数只有在得到结果之后才会返回。
有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来,实际上他是不同的。对于同步调用来说,很多时候当前线程还是激活的,只是从逻辑上当前函数没有返回而已。 例如,我们在socket中调用recv函数,如果缓冲区中没有数据,这个函数就会一直等待,直到有数据才返回。而此时,当前线程还会继续处理各种各样的消息。
快递的例子:比如到你某个时候到A楼一层(假如是内核缓冲区)取快递,但是你不知道快递什么时候过来,你又不能干别的事,只能死等着。但你可以睡觉(进程处于休眠状态),因为你知道快递把货送来时一定会给你打个电话(假定一定能叫醒你)。
非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应,指在不能立刻得到结果之前,该函数不会阻塞当前线程,而会立刻返回。
还是等快递的例子:如果用忙轮询的方法,每隔5分钟到A楼一层(内核缓冲区)去看快递来了没有。如果没来,立即返回。而快递来了,就放在A楼一层,等你去取。
对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性,但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式,我们可以通过一定的API去轮询状 态,在适当的时候调用阻塞函数,就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象,调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。
1. 同步,就是我客户端(c端调用者)调用一个功能,该功能没有结束前,我(c端调用者)死等结果。
2. 异步,就是我(c端调用者)调用一个功能,不需要知道该功能结果,该功能有结果后通知我(c端调用者)即回调通知。
同步/异步主要针对C端, 但是跟S端不是完全没有关系,同步/异步机制必须S端配合才能实现.同步/异步是由c端自己控制,但是S端是否阻塞/非阻塞,C端完全不需要关心.
3. 阻塞,就是调用我(s端被调用者,函数),我(s端被调用者,函数)没有接收完数据或者没有得到结果之前,我不会返回。
4. 非阻塞,就是调用我(s端被调用者,函数),我(s端被调用者,函数)立即返回,通过select通知调用者
同步IO和异步IO的区别就在于:数据访问的时候进程是否阻塞!
阻塞IO和非阻塞IO的区别就在于:应用程序的调用是否立即返回!
同步和异步都只针对于本机SOCKET而言的。
同步和异步,阻塞和非阻塞,有些混用,其实它们完全不是一回事,而且它们修饰的对象也不相同。
阻塞和非阻塞是指当server端的进程访问的数据如果尚未就绪,进程是否需要等待,简单说这相当于函数内部的实现区别,也就是未就绪时是直接返回还是等待就绪;
而同步和异步是指client端访问数据的机制,同步一般指主动请求并等待I/O操作完毕的方式,当数据就绪后在读写的时候必须阻塞(区别就绪与读写二个阶段,同步的读写必须阻塞),异步则指主动请求数据后便可以继续处理其它任务,随后等待I/O,操作完毕的通知,这可以使进程在数据读写时也不阻塞。(等待"通知")
Node.js里面的描述:
线程在执行中如果遇到磁盘读写或网络通信(统称为I/O 操作),通常要耗费较长的时间,这时操作系统会剥夺这个线程的CPU 控制权,使其暂停执行,同时将资源让给其他的工作线程,这种线程调度方式称为 阻塞。当I/O 操作完毕时,操作系统将这个线程的阻塞状态解除,恢复其对CPU的控制权,令其继续执行。这种I/O 模式就是通常的同步式I/O(Synchronous I/O)或阻塞式I/O (Blocking I/O)。
相应地,异步式I/O (Asynchronous I/O)或非阻塞式I/O (Non-blocking I/O)则针对所有I/O 操作不采用阻塞的策略。当线程遇到I/O 操作时,不会以阻塞的方式等待I/O 操作的完成或数据的返回,而只是将I/O 请求发送给操作系统,继续执行下一条语句。当操作系统完成I/O 操作时,以事件的形式通知执行I/O 操作的线程,线程会在特定时候处理这个事件。为了处理异步I/O,线程必须有事件循环,不断地检查有没有未处理的事件,依次予以处理。阻塞模式下,一个线程只能处理一项任务,要想提高吞吐量必须通过多线程。而非阻塞模式下,一个线程永远在执行计算操作,<span style="color:#ff0000;">这个线程所使用的CPU 核心利用率永远是100%</span>,I/O 以事件的方式通知。<span style="color:#ff0000;">在阻塞模式下,多线程往往能提高系统吞吐量,因为一个线程阻塞时还有其他线程在工作,多线程可以让CPU 资源不被阻塞中的线程浪费。</span>而在非阻塞模式下,线程不会被I/O 阻塞,永远在利用CPU。多线程带来的好处仅仅是在多核CPU 的情况下利用更多的核,而Node.js的单线程也能带来同样的好处。这就是为什么Node.js 使用了单线程、非阻塞的事件编程模式。
2. Linux下的五种I/O模型
1)阻塞I/O(blocking I/O)
2)非阻塞I/O (nonblocking I/O)
3) I/O复用(select 和poll) (I/O multiplexing)
4)信号驱动I/O (signal driven I/O (SIGIO))
5)异步I/O (asynchronous I/O (the POSIX aio_functions))
前四种都是同步,只有最后一种才是异步IO。
阻塞I/O模型:
简介:进程会一直阻塞,直到数据拷贝完成
应用程序调用一个IO函数,导致应用程序阻塞,等待数据准备好。 如果数据没有准备好,一直等待….数据准备好了,从内核拷贝到用户空间,IO函数返回成功指示。
我们 第一次接触到的网络编程都是从 listen()、send()、recv()等接口开始的。使用这些接口可以很方便的构建服务器 /客户机的模型。
阻塞I/O模型图:在调用recv()/recvfrom()函数时,发生在内核中等待数据和复制数据的过程。
当调用recv()函数时,系统首先查是否有准备好的数据。如果数据没有准备好,那么系统就处于等待状态。当数据准备好后,将数据从系统缓冲区复制到用户空间,然后该函数返回。在套接应用程序中,当调用recv()函数时,未必用户空间就已经存在数据,那么此时recv()函数就会处于等待状态。
当使用socket()函数和WSASocket()函数创建套接字时,默认的套接字都是阻塞的。这意味着当调用Windows Sockets API不能立即完成时,线程处于等待状态,直到操作完成。
并不是所有Windows Sockets API以阻塞套接字为参数调用都会发生阻塞。例如,以阻塞模式的套接字为参数调用bind()、listen()函数时,函数会立即返回。将可能阻塞套接字的Windows Sockets API调用分为以下四种:
1.输入操作: recv()、recvfrom()、WSARecv()和WSARecvfrom()函数。以阻塞套接字为参数调用该函数接收数据。如果此时套接字缓冲区内没有数据可读,则调用线程在数据到来前一直睡眠。
2.输出操作: send()、sendto()、WSASend()和WSASendto()函数。以阻塞套接字为参数调用该函数发送数据。如果套接字缓冲区没有可用空间,线程会一直睡眠,直到有空间。
3.接受连接:accept()和WSAAcept()函数。以阻塞套接字为参数调用该函数,等待接受对方的连接请求。如果此时没有连接请求,线程就会进入睡眠状态。
4.外出连接:connect()和WSAConnect()函数。对于TCP连接,客户端以阻塞套接字为参数,调用该函数向服务器发起连接。该函数在收到服务器的应答前,不会返回。这意味着TCP连接总会等待至少到服务器的一次往返时间。
使用阻塞模式的套接字,开发网络程序比较简单,容易实现。当希望能够立即发送和接收数据,且处理的套接字数量比较少的情况下,使用阻塞模式来开