同步异步、阻塞非阻塞怎么区分？

上两篇文章讲过了BIO与非阻塞IO以及IO多路复用，洋洋洒洒近3万字。

这篇文章我们来聊一个很简单，但是很多人往往分不清的一个问题，同步异步、阻塞非阻塞到底怎么区分？

开篇先问大家一个问题：IO多路复用是同步IO还是异步IO？

先思考一下，再继续往下读。

巨著《Unix网络编程》将IO模型划分为5种，分别是

阻塞IO
非阻塞IO
IO复用
信号驱动IO
异步IO

个人认为这么分类并不是很好，因为从字面上理解阻塞IO和非阻塞IO就已经是数学意义上的全集了，怎么又冒出了后边3种模型，会给初学者带来一些困扰。

接下来进入正文。

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1. 一个简单的IO流程

让我们先摒弃我们原本熟知的各种IO模型流程图，先看一个非常简单的IO流程，不涉及任何阻塞非阻塞、同步异步概念的图。

IO流程

客户端发起系统调用之后，内核的操作可以被分成两步：

等待数据

此阶段网络数据进入网卡，然后网卡将数据放到指定的内存位置，此过程CPU无感知。然后经过网卡发起硬中断，再经过软中断，内核线程将数据发送到socket的内核缓冲区中。
数据拷贝

数据从socket的内核缓冲区拷贝到用户空间。

2. 阻塞与非阻塞

阻塞与非阻塞在API上区别在于socket是否设置了SOCK_NONBLOCK这个参数，默认情况下是阻塞的，设置了该参数则为非阻塞。

2.1 阻塞

假设socket为阻塞模式，则IO调用如下图所示。

阻塞示意图

当处于运行状态的用户线程发起recv系统调用时，如果socket内核缓冲区内没有数据，则内核会将当前线程投入睡眠，让出CPU的占用。

直到网络数据到达网卡，网卡DMA数据到内存，再经过硬中断、软中断，由内核线程唤醒用户线程。

此时socket的数据已经准备就绪，用户线程由用户态进入到内核态，执行数据拷贝，将数据从内核空间拷贝到用户空间，系统调用结束。此阶段，开发者通常认为用户线程处于等待（称为阻塞也行）状态，因为在用户态的角度上，线程确实啥也没干（虽然在内核态干得累死累活）。

2.2 非阻塞

如果将socket设置为非阻塞模式，调用便换了一副光景。

非阻塞示意图

用户线程发起系统调用，如果socket内核缓冲区中没有数据，则系统调用立即返回，不会挂起线程。而线程会继续轮询，直到socket内核缓冲区内有数据为止。

如果socket内核缓冲区内有数据，则用户线程进入内核态，将数据从内核空间拷贝到用户空间，这一步和2.1小节没有区别。

3. 同步与异步

同步和异步主要看请求发起方对消息结果的获取方式，是主动获取还是被动通知。区别主要体现在数据拷贝阶段。

3.1 同步

同步我们其实已经见识过了，2.1节和2.2节中的数据拷贝阶段其实都是同步！

注：把同步的流程画在阻塞和非阻塞的第二阶段，并不是说阻塞和非阻塞的第二阶段只能搭配同步手段！

同步指的是数据到达socket内核缓冲区之后，由用户线程参与到数据拷贝过程中，直到数据从内核空间拷贝到用户空间。

因此，IO多路复用，对于应用程序而言，仍然只能算是一种同步，因为应用程序仍然花费时间等待IO结果，等待期间CPU要么用于遍历文件描述符的状态，要么用于休眠等待事件发生。

以select为例，用户线程发起select调用，会切换到内核空间，如果没有数据准备就绪，则用户线程阻塞到有数据来为止，select调用结束。结束之后用户线程获取到的只是「内核中有N个socket已经就绪」的这么一个信息，还需要用户线程对着1024长度的描述符数组进行遍历，才能获取到socket中的数据，这就是同步。

举个生活中的例子，我们给物流客服打电话询问我们的包裹是否已到达，如果未到达，我们就先睡一会儿，等到了之后客服给我们打电话把我们喊起来，然后我们屁颠屁颠地去快递驿站拿快递。这就是同步阻塞。

如果我们不想睡，就一直打电话问，直到包裹到了为止，然后再屁颠屁颠地去快递驿站拿快递。这就是同步非阻塞。

问题就是，能不能直接让物流的人把快递直接送到我家，别让我自己去拿啊！这就是异步。