JavaIO同步异步与阻塞非阻塞的区别讲解

常⽤4种IO模型（同步异步阻塞⾮阻塞的概念）常见的IO模型有四种：服务器端编程经常需要构造⾼性能的IO模型（1）同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统的IO模型。

（2）同步⾮阻塞IO（Non-blocking IO）：默认创建的socket都是阻塞的，⾮阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。

注意这⾥所说的NIO并⾮Java的NIO（New IO）库。

（3）IO多路复⽤（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Java中的Selector和Linux中的epoll都是这种模型。

（4）异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步⾮阻塞IO。

（5）基于信号驱动的IO（Signal Driven IO）模型，由于该模型并不常⽤（略）在理解关于同步和阻塞的概念前，需要知道I/0操作主要分成两部分①数据准备，将数据加载到内核缓存（数据加载到操作系统）②将内核缓存中的数据加载到⽤户缓存（从操作系统复制到应⽤中）同步和异步的概念描述的是⽤户线程与内核的交互⽅式阻塞和⾮阻塞的概念描述的是⽤户线程调⽤内核IO操作的⽅式异步就是异步来源：同步和异步针对应⽤程序来，关注的是程序中间的协作关系；阻塞与⾮阻塞更关注的是单个进程的执⾏状态。

　阻塞、⾮阻塞、多路IO复⽤，都是同步IO，异步必定是⾮阻塞的，所以不存在异步阻塞和异步⾮阻塞的说法。

真正的异步IO需要CPU的深度参与。

换句话说，只有⽤户线程在操作IO的时候根本不去考虑IO的执⾏全部都交给CPU去完成，⽽⾃⼰只等待⼀个完成信号的时候，才是真正的异步IO。

所以，拉⼀个⼦线程去轮询、去死循环，或者使⽤select、poll、epool，都不是异步。

PS：1，异步是⼀个相对概念，实际应⽤中没有绝对的异步，现实中更多称为“异步”只是代表阻塞。

2，不同场合，语⾔环境，概念不⼀样，有时候同步就代表了阻塞，异步表⽰⾮阻塞。

Java多线程、同步异步及阻塞和⾮阻塞1、进程和线程的概念进程：运⾏中的应⽤程序称为进程，拥有系统资源（cpu、内存）线程：进程中的⼀段代码，⼀个进程中可以有多段代码。

本⾝不拥有资源（共享所在进程的资源）；在java中，程序⼊⼝被⾃动创建为主线程，在主线程中可以创建多个⼦线程。

多进程: 在操作系统中能同时运⾏多个任务(程序)多线程: 在同⼀应⽤程序中有多个功能流同时执⾏已经有了进程，为什么还会需要线程呢？主要原因如下：许多应⽤程序中，同时发⽣着多个活动。

将这些应⽤程序分解成多个准并⾏的线程，程序设计的模型会变成更加简单。

由于线程⽐进程进⾏更加轻量，创建和取消更加容易。

如果程序是IO密集型，那么多线程执⾏能够加快程序的执⾏速度。

（如果是CPU密集型，则没有这个优势）在多CPU系统中，多线程是可以真正并⾏执⾏的。

2、线程的主要特点①、不能以⼀个⽂件名的⽅式独⽴存在在磁盘中；②、不能单独执⾏，只有在进程启动后才可启动；③、线程可以共享进程相同的内存（代码与数据）。

3、多线程原理同⼀时间，CPU只能处理1条线程，只有1条线程在⼯作（执⾏）多线程并发（同时）执⾏，其实是CPU快速地在多条线程之间调度（切换）如果CPU调度线程的时间⾜够快，就造成了多线程并发执⾏的假象思考：如果线程⾮常⾮常多，会发⽣什么情况？CPU会在N多线程之间调度，CPU会累死，消耗⼤量的CPU资源每条线程被调度执⾏的频次会降低（线程的执⾏效率降低）4、线程的主要⽤途①、利⽤它可以完成重复性的⼯作（如实现动画、声⾳等的播放）。

②、从事⼀次性较费时的初始化⼯作（如⽹络连接、声⾳数据⽂件的加载）。

③、并发执⾏的运⾏效果（⼀个进程多个线程）以实现更复杂的功能5、多线程（多个线程同时运⾏）程序的优缺点优点：①、可以减轻系统性能⽅⾯的瓶颈，因为可以并⾏操作；②、提⾼CPU的处理器的效率，在多线程中，通过优先级管理，可以使重要的程序优先操作，提⾼了任务管理的灵活性；另⼀⽅⾯，在多CPU系统中，可以把不同的线程在不同的CPU中执⾏，真正做到同时处理多任务。

阻塞非阻塞同步异步
阻塞、非阻塞、同步、异步是计算机处理任务时会遇到的四种基本模式。

它们是两两对立，但每种模式都有各自的应用场景，有助于我们
更有效地完成复杂的任务。

下面，我们将分步骤详细介绍。

首先，我们来看阻塞和非阻塞。

阻塞指的是程序在执行其他任务之前
必须等待当前任务完成，而在这期间程序将不能执行其他任务。

相反，非阻塞模式则是程序在执行其他任务时可以继续执行其他任务，而不
必等待当前任务完成。

阻塞模式适用于执行任务时需要依赖其他任务
的情况，而非阻塞模式更适合于某些不依赖任务的情况。

其次，我们来看同步和异步。

同步指的是多个任务按照顺序进行，每
个任务的最后结果都必须等待上一个任务完成之后才能进行下一个任务，而在此过程中，一旦遇到阻塞，整个流程就会被中断，从而导致
程序执行效率很低。

异步模式则是在处理多个任务时，不必按照顺序
处理，任务之间可以并发进行，即使某个任务出现阻塞，仍不影响其
他任务的执行，从而使程序执行效率更高。

最后，从上面的分析可以看出，阻塞、非阻塞、同步、异步是计算机
处理任务时会遇到的四种基本模式，它们有助于我们更有效地处理复
杂的任务。

一般来说，阻塞模式更适合于任务依赖的情况，而非阻塞
模式更适合于任务不依赖的情况；同步模式适合于计算密集型的情况，而异步模式则更适合于IO密集型的情况。

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很多时候我们常常看到同步与异步，阻塞与非阻塞的出现。

有的地方直接将同步与阻塞画上了等号。

异步与非阻塞画上了等号。

事实上这是不对的。

同步不等于阻塞，而异步也不等于非阻塞。

下面就来仔细的看看同步与异步、阻塞与非阻塞的概念差别，及他们的组合应用。

同步：所谓同步，就是在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。

按照这个定义，其实绝大多数函数都是同步调用（例如sin,isdigit等）。

但是一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他部件协作或者需要一定时间完成的任务。

最常见的例子就是SendMessage。

该函数发送一个消息给某个窗口，在对方处理完消息之前，这个函数不返回。

当对方处理完毕以后，该函数才把消息处理函数所返回的LRESULT值返回给调用者异步：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。

以CAsycSocket 类为例（注意，CSocket从CAsyncSocket派生，但是起功能已经由异步转化为同步），当一个客户端通过调用Connect函数发出一个连接请求后，调用者线程立刻可以朝下运行。

当连接真正建立起来以后，socket底层会发送一个消息通知该对象。

这里提到执行部件和调用者通过三种途径返回结果：状态、通知和回调。

可以使用哪一种依赖于执行部件的实现，除非执行部件提供多种选择，否则不受调用者控制。

如果执行部件用状态来通知，那么调用者就需要每隔一定时间检查一次，效率就很低（有些初学多线程编程的人，总喜欢用一个循环去检查某个变量的值，这其实是一种很严重的错误）。

如果是使用通知的方式，效率则很高，因为执行部件几乎不需要做额外的操作。

至于回调函数，其实和通知没太多区别阻塞：阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。

同步（synchronous）IO和异步（asynchronous）IO，阻塞（blocking）IO和非阻塞（non-blocking）IO先看一个较低的层次。

如果从CPU的角度看，其实大部分的IO都是异步的：因为CPU启动这个IO操作后，就去干其它的事情了，一直到产生一个中断，告诉它IO完成了。

“Most physical I/O is asynchronous—the CPU starts the transfer and goes off to do something else until the interrupt arrives. User programs are much easier to write if the I/O operations are blocking—after a read system call the program is automatically suspended until the data are available in the buffer. It is up to the operating system to make operations that are actually interrupt-driven look blocking to the user programs.”（引自Modern Operating Systems, 2ed）不过，本文并不想探究那么底层的东东。

作为程序员，更多的还是从应用层面来考虑。

所以，以下重点介绍的是应用程序中能够采用的四种IO机制。

关于图的解释，首先要清楚理解一个任务线：Application是一个程序或者执行一个逻辑的函数，其中当它执行到Read()方法的时候，就会通过I/O操作从服务器端的内核（Kernel，也可能是逻辑方法）获取数据（initiate），当数据从服务器端回到本地后，通过Read response 组装成Application所需要的数据，然后执行application接下来要做的事情。

同步、异步、阻塞、非阻塞、并发、并行同步同步就是发起一个请求，直到请求返回结果之后，才进行下一步操作。

简单来说，同步就是必须一件事一件事的做，等前一件做完了，才能做下一件事。

异步当一个异步操作发出后，调用者在没有得到结果之前，可以继续执行后续操作。

这就是异步。

同步和异步的区别：请求发出后，是否需要等待请求结果，才能继续执行其他操作。

阻塞在调用结果返回之前，当前线程会被挂起。

调用线程只有在得到结果之后才会被唤醒执行后续的操作。

非阻塞在结果没有返回之前，该调用不会阻塞住当前线程。

举例说明任务：用水壶烧水，烧开后就去泡咖啡。

方式一同步阻塞：用水壶烧水，并且站在煤气灶旁边，啥事不干，两眼直勾勾的盯着水壶，等水烧开。

烧开后就去泡咖啡。

方式二同步非阻塞：用水壶煮水，不过此时不再傻傻得站在那里看水开没开，而是去玩局LOL，每当自己死了，就过来看看水开了没有。

如果水开了就去泡咖啡。

方式三异步阻塞：用响壶烧水，仍然站在煤气灶旁边，不过此时不两眼直勾勾的盯着壶了，而是听响，因为响壶水开时会用响声通知小A。

方式四异步非阻塞：用响壶烧水，然后是去玩局LOL，等听到响壶的声音提醒后，再去跑咖啡。

python 的tornado 框架就是一种异步非阻塞框架。

并发：并发:指应用能够交替执行不同的任务,当有多个线程在一个CPU运行，操作系统只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间段分配给各个线程执行，不同时间段，快速切换不同的线程代码运行。

例子：吃一口饭喝一口水并行:指应用能够同时执行不同的任务系统有多个CPU，执行多个线程，可以一个CPU执行一个线程，线程之间互不抢占CPU 资源，可以同时进行。

例子：边听歌边上网。

阻塞式I0和⾮阻塞式IO同步异步详细介绍请求描述：`阻塞/⾮阻塞` 和 `同步/异步` 不是⼀个概念。

举⼏个简单的例⼦。

当进程调⽤⼀个进⾏IO操作的API时（⽐如read函数），在数据没有到达前，read 会挂起，进程会卡住。

在数据读取完毕返回给进程时，read 返回（返回值为读取到的字节数，数据从内核拷贝到⽤户空间），然后进程继续执⾏。

那么这次 read 调⽤，是阻塞的。

⾮阻塞就是 read 在数据没有读取完毕前，就返回了（返回值为-1，errno 设置为 EAGAIN）。

此时进程没有拿到需要的数据。

那怎么办？有两种办法。

⼀种是同步：因为进程没办法知道数据什么时候才真正读取完毕了，所以需要每隔⼀段时间就去轮询⼀下（就是重新调⽤ read，看是不是数据真的已经读取完毕了）。

⼤部分场景中都不会使⽤这种⽅式。

但在某些特殊的情况下效率会特别⾼。

⼀种是异步：早期的异步实现⽅式是内核给进程发信号（SIGIO 或者 SIGPOLL）。

数据读写完毕后，内核发信号给进程，然后进程内的信号处理函数再调⽤ read 读取数据（这时可以确保数据真的已经读取完毕了）。

但这种⽅式有⼀个⼩⼩的瑕疵，就是在进程进⾏多个 fd 读写的时候，信号来的时候没办法分清到底是哪个 fd 上的数据已经真正准备好了。

所以进程还是要对所有持有的 fd 进⾏ read 调⽤。

后来的异步实现，就有了更好的 select / poll / epoll（I/O multiplexing）。

现在基本上像⽐较流⾏的 Nginx / Redis 都⽤ epoll（在 FreeBSD 上是 kqueue）图解：阻塞式I/O模型：默认情况下，所有套接字都是阻塞的。

怎么理解？先理解这么个流程，⼀个输⼊操作通常包括两个不同阶段：（1）等待数据准备好；（2）从内核向进程复制数据。

对于⼀个套接字上的输⼊操作，第⼀步通常涉及等待数据从⽹络中到达。

当所有等待分组到达时，它被复制到内核中的某个缓冲区。

阻塞IO和⾮阻塞IO，同步IO和异步IO⼀、阻塞io我这个进程调⽤了⼀个功能需要磁盘io，那么我整个进程就会被阻塞住，在做完磁盘io之前我都不能动。

当内核把数据就绪之后，内核会将数据拷贝到⽤户线程，并返回结果给⽤户线程，⽤户线程才解除block状态。

⼆、⾮阻塞io我调⽤了⼀个磁盘io,但是我不⽤等他io完,我可以去进⾏别的东西,只要他io完就会通知我去读取数据;三、同步IO⾮阻塞io在进⾏磁盘io的时候，虽然不需要等磁盘io这个过程，但是当磁盘io完成之后，他还需要把数据从内核空间移动到⽤户空间，这个时间也是阻塞的，这就是同步.四、异步IO我调⽤了磁盘io，我会创建⼀个新的线程去处理这整个io，我只需要调⽤read，随后发⽣的什么时候，我创建了⼀个新的线程去帮我处理，等他处理完，我再回来接收已经准备好的数据.完全不⽤花费时间在等待，可以做别的事情。

这⾥粗略地举个栗⼦，⽐如你要玩英雄联盟。

阻塞IO就是，游戏登录进去之后你要先匹配队友（磁盘IO），匹配完队友后，你还要⾃⼰玩排位（把数据从内核复制到⽤户空间）。

⽽⾮阻塞IO就是你下课回到宿舍，让你室友先帮你排队（磁盘IO），你先去⼲点别的事情，⽐如上厕所，等你⼲完别的时候回来，发现游戏已经进⼊了，你可以直接选⽤英雄开始打了。

同步IO就是虽然你让你室友帮你匹配了队友，但是你还是得⾃⼰打游戏才能上分（把数据从内核复制到⽤户空间），这个时间段你也⽆法做别的事情。

⽽异步IO就是，你请⼀个代练，你只需要告诉他，我要上王者100点，那么他就会把所有事情都做得明明⽩⽩（磁盘io并且把数据从内核复制到⽤户空间），你拿到⼿的时候就已经是⼀个段位为王者的号了。

五、Socket1.⽂件标识符fd每⼀个程序都有⼀个基础流，⽂件标识符0、1、2，输⼊流、输出流、错误流。

如果这个进程监听了⼀个端⼝，那就会多⼀个3，是socket2.当服务端监听了某个端⼝只有监听了端⼝才会有3socket3.当客户端与服务端链接时服务端的⽂件标识符会变成4个，3是服务端监听了⼀个端⼝，就会创建这个socket，当客户端跟服务端链接的时候，就会多了⼀个socket，表⽰已经跟客户端建⽴了链接4.看源码nc localhost 8080 (建⽴连接的命令⾏)read() 读⽂件标识符accept() 当客户端想要跟你连接时，接收到⼀个fd，然后建⽴链接六、IO的内存模型时间⽚:当时间到了,调⽤进程调度,回调collBack,切换另⼀个进程所以进程越多,对CPU的性能压⼒越⼤切换的⽅式是利⽤晶振的规律震动,这⾥可以扩展到Redis的知识点,Redis是单线程, 采⽤单线程，避免了不必要的上下⽂切换.七、IO的发展1.阻塞模型如果fd4在read()阻塞了,此时如果有另外⼀个fd5,即使建⽴了连接,但是因为scoket在fd4阻塞住了.[缺点]:会发⽣阻塞2.抛出线程,阻塞在线程但是仍然有缺点,因为线程多了起来,线程的切换也需要消耗很⼤性能3.⾮阻塞I/O(NIO)只需要设置⼀下read,调⽤了read函数之后,不需要等待磁盘io,它会先返回⼀个结果,这样⼦不会阻塞,也不需要抛出线程.减少了线程的切换.但是仍然还有缺点:因为即使进程不需要等到磁盘io,但是磁盘读取完数据之后,我们还是需要把数据从内核空间复制到⽤户空间,这样⼦也会消耗性能.(因为read是对系统调⽤的⽅法)并且,如果有⼀万个客户端发来信息,但是我们每次去调⽤read的时候,是需要遍历1万个fd,才能发现哪个fd有事件(event),这是⼀个时间复杂度特别⾼的事情.⽽且⼀万个fd⾥⾯可能只有⼏个fd有事件,这就造成了浪费.4.多路复⽤在内核上进⾏优化,因为我们之前每次都是要把fd传到内核空间,然后再调⽤read判断它有没有事件,所以我们包装了⼀个select(),假设有⼀万个fd,我们⼀次性把fd传到内核⾥⾯,内核把这⼀万个fd遍历⼀遍,然后再把有事件的fd返回出去.在这⾥read 只需要调⽤有事件的fd次数,⽐如只有5个fd有事件发⽣,那么read只需要调⽤5次.但是仍然还有缺点,因为每⼀次调⽤read,都要在内核空间⾥⾯循环⼀万个fd,查看有没有事件(select),⽽且每次都要把fds这个集合复制到内核空间,这样⼦也会浪费资源.5.epoll所以我们在内核空间划出⼀块空间,把整个fds集合放在内核空间⾥⾯,这样⼦每此调⽤read的时候就不⽤涉及到内核态和⽤户态的切换了.客户端数据到达就会产⽣中断,然后查找⼀下这个终端号是那个fd的,然后返回给read就可以了⼋、NIO1.特点①、是基于流的形式，但⼜采⽤了缓冲区和管道来处理数据的；②、NIO是双向的；③、NIO是使⽤多路复⽤的IO模型.2.管道是什么？通道是对原 I/O 包中的流的模拟。

简述同步异步、阻塞与⾮阻塞欢迎指正1.关于1.1 涉及2个对象调⽤⽅(函数，对象，变量....) 与被调⽤⽅(函数)1.2 涉及概念：同步与异步、阻塞与⾮阻塞2.简述概念计算是需要时间的，OS处理函数所需的时间也不尽相同，有长有短。

下⾯有例⼦，but先说概念：2.1 同步：调⽤⽅调⽤函数后，必须等待函数的返回结果，才能继续执⾏下⼀次调⽤。

2.2 异步：调⽤⽅调⽤函数后，可以不⽤等待函数的结果，也可以执⾏下⼀次调⽤。

2.3 阻塞：线程的状态之⼀，通俗理解为：线程暂停运⾏，⼀直等待某个结果，⼀旦得到结果，线程继续执⾏。

这⾥说的是调⽤⽅所在线程。

2.4 ⾮阻塞：与2.3相反，调⽤⽅调⽤函数后，可以在被调⽤⽅（函数）运⾏期间做其他的事。

同步与异步：关注的是被调⽤⽅怎么把数据返回给调⽤⽅阻塞与⾮阻塞：关注的是线程的执⾏状态。

3.⼀个例⼦类⽐⽣活中拿快递：快递代收点与⽤户。

买到了⾃⼰⼼仪的宝贝, 当你收到代收点的通知，⾃⼰的宝贝已经到了，于是⾼⾼兴兴来到代收点：3.1 同步：此时，你对⼯作⼈员说：你好，我来取快递，取件码是XXX，谢谢。

⼯作⼈员：请稍等。

⼯作⼈员⽴即搜寻你的包裹，然后再确认信息（收件⼈名或者电话号码），再将包裹交给你。

3.2 异步：此时，你对⼯作员⼈说：你好，我来取快递，取件码是XXX，谢谢。

⼯作⼈员：好的，请在3mins后来取。

然后⼯作⼈员搜寻包裹或者处理其他事了，你在3min后再来拿包裹。

3.3 阻塞：此时，你对⼯作⼈员说明来意是取快递并告知取件码。

⼯组⼈员搜寻包裹的这段时间，你⼀直等待在这⾥，不能做其他的，眼巴巴的看着⼯作⼈员，真希望他能快点，等待⼯作⼈员将快递递给你。

3.4 ⾮阻塞：此时，你对⼯作⼈员说明来意是取快递并告知取件码。

⼯组⼈员搜寻包裹的这段时间，虽然你⼀直等待在这⾥，但是在等待⼯作⼈员将快递递给你的这段时间内，你可以做点其他的，打开淘宝，浏览宝贝。

4.组合接着上⾯的3的例⼦。

阻塞IO和⾮阻塞IO的区别
有很多⼈把阻塞认为是同步，把⾮阻塞认为是异步；个⼈认为这样是不准确的，当然从思想上可以这样类⽐，但⽅式是完全不同的，下⾯说说在JAVA⾥⾯阻塞IO和⾮阻塞IO的区别
在JDK1.4中引⼊了⼀个NIO的类库，使得Java涉及IO的操作拥有阻塞式和⾮阻塞式两种，问⼀下阻塞IO与⾮阻塞IO有什么区别？有什么优缺点？
在阻塞模式下，若从⽹络流中读取不到指定⼤⼩的数据量，阻塞IO就在那⾥阻塞着。

⽐如，已知后⾯会有10个字节的数据发过来，但是我现在只收到8个字节，那么当前线程就在那傻傻地等到下⼀个字节的到来，对，就在那等着，啥事也不做，直到把这10个字节读取完，这才将阻塞放开通⾏。

在⾮阻塞模式下，若从⽹络流中读取不到指定⼤⼩的数据量，⾮阻塞IO就⽴即通⾏。

⽐如，已知后⾯会有10个字节的数据发过来，但是我现在只收到8个字节，那么当前线程就读取这8个字节的数据，读完后就⽴即返回，等另外两个字节再来的时候再去读取。

从上⾯可以看出，阻塞IO在性能⽅⾯是很低下的，如果要使⽤阻塞IO完成⼀个Web服务器的话，那么对于每⼀个请求都必须启⽤⼀个线程进⾏处理。

⽽使⽤⾮阻塞IO的话，⼀到两个线程基本上就够了，因为线程不会产⽣阻塞，好⽐⼀下接收A请求的数据，另⼀下接收B请求的数据，等等，就是不停地东奔西跑，直接到把数据接收完了。

虽然说，⾮阻塞IO⽐阻塞IO有更⾼的性能，但是对于开发来的，难度就成数倍递增了。

由于是有多少数据就读取多少数据，这样在读取完整之前需要将已经读取到的数据保存起来，⽽且需要与其他地⽅来的数据隔离开来不能混在⼀起，否则就不知道这数据是谁的了。