同步、異步、阻塞和非阻塞的概念【zz】

同步、異步、阻塞和非阻塞的概念

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程時，我們常常見到同步、異步、阻塞和非阻塞四種調(diào)用方式。這些方式彼此概念并不好理解。下面是我對這些術(shù)語的理解。
同步
所謂同步，就是在發(fā)出一個功能調(diào)用時，在沒有得到結(jié)果之前，該調(diào)用就不返回。按照這個定義，其實絕大多數(shù)函數(shù)都是同步調(diào)用（例如sin, isdigit等）。但是一般而言，我們在說同步、異步的時候，特指那些需要其他部件協(xié)作或者需要一定時間完成的任務(wù)。最常見的例子就是 SendMessage。該函數(shù)發(fā)送一個消息給某個窗口，在對方處理完消息之前，這個函數(shù)不返回。當(dāng)對方處理完畢以后，該函數(shù)才把消息處理函數(shù)所返回的 LRESULT值返回給調(diào)用者。
異步
異步的概念和同步相對。當(dāng)一個異步過程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立刻得到結(jié)果。實際處理這個調(diào)用的部件在完成后，通過狀態(tài)、通知和回調(diào)來通知調(diào)用者。以 CAsycSocket類為例（注意，CSocket從CAsyncSocket派生，但是起功能已經(jīng)由異步轉(zhuǎn)化為同步），當(dāng)一個客戶端通過調(diào)用 Connect函數(shù)發(fā)出一個連接請求后，調(diào)用者線程立刻可以朝下運行。當(dāng)連接真正建立起來以后，socket底層會發(fā)送一個消息通知該對象。這里提到執(zhí)行 部件和調(diào)用者通過三種途徑返回結(jié)果：狀態(tài)、通知和回調(diào)。可以使用哪一種依賴于執(zhí)行部件的實現(xiàn)，除非執(zhí)行部件提供多種選擇，否則不受調(diào)用者控制。如果執(zhí)行部 件用狀態(tài)來通知，那么調(diào)用者就需要每隔一定時間檢查一次，效率就很低（有些初學(xué)多線程編程的人，總喜歡用一個循環(huán)去檢查某個變量的值，這其實是一種很嚴(yán)重 的錯誤）。如果是使用通知的方式，效率則很高，因為執(zhí)行部件幾乎不需要做額外的操作。至于回調(diào)函數(shù)，其實和通知沒太多區(qū)別。
阻塞
阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會被掛起。函數(shù)只有在得到結(jié)果之后才會返回。有人也許會把阻塞調(diào)用和同步調(diào)用等同起來，實際上他是不同的。對于同 步調(diào)用來說，很多時候當(dāng)前線程還是激活的，只是從邏輯上當(dāng)前函數(shù)沒有返回而已。例如，我們在CSocket中調(diào)用Receive函數(shù)，如果緩沖區(qū)中沒有數(shù) 據(jù)，這個函數(shù)就會一直等待，直到有數(shù)據(jù)才返回。而此時，當(dāng)前線程還會繼續(xù)處理各種各樣的消息。如果主窗口和調(diào)用函數(shù)在同一個線程中，除非你在特殊的界面操 作函數(shù)中調(diào)用，其實主界面還是應(yīng)該可以刷新。socket接收數(shù)據(jù)的另外一個函數(shù)recv則是一個阻塞調(diào)用的例子。當(dāng)socket工作在阻塞模式的時候， 如果沒有數(shù)據(jù)的情況下調(diào)用該函數(shù)，則當(dāng)前線程就會被掛起，直到有數(shù)據(jù)為止。
非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相對應(yīng)，指在不能立刻得到結(jié)果之前，該函數(shù)不會阻塞當(dāng)前線程，而會立刻返回。
對象的阻塞模式和阻塞函數(shù)調(diào)用
對象是否處于阻塞模式和函數(shù)是不是阻塞調(diào)用有很強(qiáng)的相關(guān)性，但是并不是一一對應(yīng)的。阻塞對象上可以有非阻塞的調(diào)用方式，我們可以通過一定的API去輪詢狀 態(tài)，在適當(dāng)?shù)臅r候調(diào)用阻塞函數(shù)，就可以避免阻塞。而對于非阻塞對象，調(diào)用特殊的函數(shù)也可以進(jìn)入阻塞調(diào)用。函數(shù)select就是這樣的一個例子。

阻塞通信

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通過重疊通信和計算在許多系統(tǒng)能提高性能。由一個智能通信控制器自動地執(zhí)行通信的系統(tǒng)是真實的。輕－重線索是取得這種重疊的一種機(jī)制。導(dǎo)致好性能的 一個可選的機(jī)制是使用非阻塞通信。一個阻塞發(fā)送開始調(diào)用初始化這個發(fā)送操作，但不完成它。在這個消息被從這個發(fā)送緩存拷出以前，這個發(fā)送開始調(diào)用將返回。 需要一個獨立的“發(fā)送完成”調(diào)用完成這個通信，例如，檢驗從發(fā)送緩存拷出的數(shù)據(jù)。用適當(dāng)?shù)挠布诎l(fā)送被初始化后和它完成以前，來自發(fā)送者存儲的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 可以和在發(fā)送者完成的計算同時進(jìn)行。類似地，一個非阻塞“接收開始調(diào)用”初始化這個接收操作, 但不完成它。在一個消息被存入這個接收緩存以前，這個調(diào)用將返回。須要一個獨立的“接收完成”調(diào)用完成這個接收操作，并檢驗被接收到這個接收緩存的數(shù)據(jù)。 用適當(dāng)?shù)挠布诮邮詹僮鞒跏蓟蠛退瓿梢郧埃浇邮照叽鎯Φ臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以和計算同時進(jìn)行。非阻塞接收的使用雖著信息較早地在接收緩存位置被提供，也可 以避免系統(tǒng)緩存和存儲器到存儲器拷貝。

非阻塞發(fā)送開始調(diào)用能使用與阻塞發(fā)送一樣的四種模式: 標(biāo)準(zhǔn), 緩存, 同步和準(zhǔn)備好模式。這些具有同樣的意義。無論一個匹配接收是否已登入，能開始除“準(zhǔn)備好”以外的所有模式的發(fā)送；只要一個匹配接收已登入，就能開始一個非 阻塞“準(zhǔn)備好”發(fā)送。在所有情況下，發(fā)送開始調(diào)用是局部的：無論其它進(jìn)程的狀態(tài)如何，它立刻返回。如果這個調(diào)用使得一些系統(tǒng)資源用完，那么它將失敗并返回 一個錯誤代碼。高質(zhì)量的MPI實現(xiàn)應(yīng)保證這種情況只在“病態(tài)”時發(fā)生。即，一個MPI實現(xiàn)將能支持大數(shù)量掛起非阻塞操作。　　

當(dāng)數(shù)據(jù)已被從發(fā)送緩存拷出時，這個發(fā)送完成調(diào)用返回。它可以帶有附加的意義，這取決于發(fā)送模式。　　

如果發(fā)送模式是“同步的”，那么只有一個匹配接收已開始這個發(fā)送才能完成。即，一個接收已被登入，并已和這個發(fā)送匹配。這時，這個發(fā)送完成調(diào)用是非 局部的。注意，在接收完成調(diào)用發(fā)生以前，如果一個同步、非阻塞發(fā)送和一個非阻塞接收匹配, 它可以完成。(發(fā)送者一“知道”轉(zhuǎn)換將結(jié)束，它就能完成，但在接收者“知道”轉(zhuǎn)換將結(jié)束以前)。　　

如果發(fā)送模式是“緩存”，并沒有掛起接收，那么消息必須被緩存。這時，發(fā)送完成調(diào)用是局部的，而且無論一個匹配接收的狀態(tài)如何，它必須成功。　　

如果發(fā)送模式是標(biāo)準(zhǔn)的，同時這個消息被緩存，那么在一個匹配接收發(fā)生以前，發(fā)送結(jié)束調(diào)用可以返回。另一方面，發(fā)送完成直到一個匹配接收發(fā)生才可以完成，并且這個消息已被拷到接收緩存。　　

非阻塞發(fā)送能被用阻塞接收匹配，反過來也可以。 　　

給用戶的建議. 一個發(fā)送操作的完成, 對于標(biāo)準(zhǔn)模式可以被延遲, 對于同部模式必須延遲, 直到一個匹配接收登入。這兩種情況下非阻塞發(fā)送的使用允許發(fā)送者提前于接收者進(jìn)行，以便在兩進(jìn)程的速度方面，計算更容忍波動。　　

緩存和準(zhǔn)備好模式中的非阻塞發(fā)送有一個更有限的影響。一可能一個非阻塞發(fā)送將返回，而一個阻塞發(fā)送將在數(shù)據(jù)被從發(fā)送者存儲拷出后返回。只要在數(shù)據(jù)拷貝能和計算同時的情況下，非阻塞發(fā)送的使用有優(yōu)點。　　

消息發(fā)送模式隱含著由發(fā)送者初始化通信。當(dāng)發(fā)送者初始化通信(數(shù)據(jù)被直接移到接收緩存, 并不要求排隊一個掛起發(fā)送請求) 時，如果一個接收已登入，這個通信一般將有較低的額外負(fù)擔(dān)。但是，只在匹配發(fā)送已發(fā)生后，一個接收操作能完成。當(dāng)非阻塞接收等待發(fā)送時，沒有阻塞接收，它 的使用允許得到較低的通信額外負(fù)擔(dān)。（給用戶的建議結(jié)束）。