同步or异步

一、什么是同步？什么是异步？

　　同步：如果有多个任务要执行，这些任务必须逐个执行，一个任务的执行会导致整个流程的暂时等待，这些任务没有办法并发地执行；

　　异步：如果有多个任务要执行，这些任务可以并发执行，一个任务的执行不会导致整个流程的暂时等待。

　　举个简单的例子：

　　假如有一个任务包括两个子任务A和B，对于同步来说，当A在执行的过程中，B只有等待，直至A执行完毕，B才能执行；而对于异步就是A和B可以并发地执行，B不必等待A执行完毕之后再执行，这样就不会由于A的执行导致整个任务的暂时等待。

二、什么是阻塞？什么是非阻塞？

　　阻塞：当某个任务在执行过程中，发出一个请求操作，但是由于该请求操作需要的条件不满足，那么就会一直在那等待，直至条件满足；

　　非阻塞：当某个任务在执行过程中，发出一个请求操作，如果该请求操作需要的条件不满足，会立即返回一个标志信息告知条件不满足，不会一直在那等待。

　　阻塞和非阻塞的区别关键在于当发出请求一个操作时，如果条件不满足，是会一直等待还是返回一个标志信息。

　　举个简单的例子：

　　　　假如我要读取一个文件中的内容，如果此时文件中没有内容可读，对于同步来说就是会一直在那等待，直至文件中有内容可读；而对于非阻塞来说，就会直接返回一个标志信息告知文件中暂时无内容可读。

　　　　同步和异步的着重点在于多个任务的执行过程中，一个任务的执行是否会导致整个流程的暂时等待；

　　　　而阻塞和非阻塞的着重点在于发出一个请求操作时，如果进行操作的条件不满足是否会返会一个标志信息告知条件不满足。

三、什么是阻塞IO？什么是非阻塞IO？

　　通常来说，IO操作包括：对硬盘的读写、对socket的读写以及外设的读写。

　　当用户线程发起一个IO请求操作（本文以读请求操作为例），内核会去查看要读取的数据是否就绪，对于阻塞IO来说，如果数据没有就绪，则会一直在那等待，直到数据就绪；对于非阻塞IO来说，如果数据没有就绪，则会返回一个标志信息告知用户线程当前要读的数据没有就绪。当数据就绪之后，便将数据拷贝到用户线程，这样才完成了一个完整的IO读请求操作，也就是说一个完整的IO读请求操作包括两个阶段：

　　1）查看数据是否就绪；

　　2）进行数据拷贝（内核将数据拷贝到用户线程）。

　　那么阻塞（blocking IO）和非阻塞（non-blocking IO）的区别就在于第一个阶段，如果数据没有就绪，在查看数据是否就绪的过程中是一直等待，还是直接返回一个标志信息。

　　Java中传统的IO都是阻塞IO，比如通过socket来读数据，调用read()方法之后，如果数据没有就绪，当前线程就会一直阻塞在read方法调用那里，直到有数据才返回；而如果是非阻塞IO的话，当数据没有就绪，read()方法应该返回一个标志信息，告知当前线程数据没有就绪，而不是一直在那里等待。

四.什么是同步IO？什么是异步IO？

　我们先来看一下同步IO和异步IO的定义，在《Unix网络编程》一书中对同步IO和异步IO的定义是这样的：

　　A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes.
　　An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked.

　　从字面的意思可以看出：

　　同步IO即 如果一个线程请求进行IO操作，在IO操作完成之前，该线程会被阻塞；

　　而异步IO为 如果一个线程请求进行IO操作，IO操作不会导致请求线程被阻塞。

　　事实上，同步IO和异步IO模型是针对用户线程和内核的交互来说的：

　　同步IO：当用户发出IO请求操作之后，如果数据没有就绪，需要通过用户线程或者内核不断地去轮询数据是否就绪，当数据就绪时，再将数据从内核拷贝到用户线程；

　　而异步IO：只有IO请求操作的发出是由用户线程来进行的，IO操作的两个阶段都是由内核自动完成，然后发送通知告知用户线程IO操作已经完成。也就是说在异步IO中，不会对用户线程产生任何阻塞。

　　

　　这是同步IO和异步IO关键区别所在。

　　同步IO和异步IO的关键区别反映在数据拷贝阶段是由用户线程完成还是内核完成。所以说异步IO必须要有操作系统的底层支持。

　　注意同步IO和异步IO与阻塞IO和非阻塞IO是不同的两组概念。

　　阻塞IO和非阻塞IO是反映在当用户请求IO操作时，如果数据没有就绪，是用户线程一直等待数据就绪，还是会收到一个标志信息这一点上面的。也就是说，阻塞IO和非阻塞IO是反映在IO操作的第一个阶段，在查看数据是否就绪时是如何处理的。

五、两种高性能IO设计模式

　　在传统的网络服务设计模式中，有两种比较经典的模式：

　　一种是 多线程，一种是线程池。

　　对于多线程模式，也就说来了client，服务器就会新建一个线程来处理该client的读写事件，如下图所示：

　　这种模式虽然处理起来简单方便，但是由于服务器为每个client的连接都采用一个线程去处理，使得资源占用非常大。因此，当连接数量达到上限时，再有用户请求连接，直接会导致资源瓶颈，严重的可能会直接导致服务器崩溃。

　　因此，为了解决这种一个线程对应一个客户端模式带来的问题，提出了采用线程池的方式，也就说创建一个固定大小的线程池，来一个客户端，就从线程池取一个空闲线程来处理，当客户端处理完读写操作之后，就交出对线程的占用。因此这样就避免为每一个客户端都要创建线程带来的资源浪费，使得线程可以重用。

　　但是线程池也有它的弊端，如果连接大多是长连接，因此可能会导致在一段时间内，线程池中的线程都被占用，那么当再有用户请求连接时，由于没有可用的空闲线程来处理，就会导致客户端连接失败，从而影响用户体验。因此，线程池比较适合大量的短连接应用。

　　因此便出现了下面的两种高性能IO设计模式：Reactor和Proactor。

　　在Reactor模式中，会先对每个client注册感兴趣的事件，然后有一个线程专门去轮询每个client是否有事件发生，当有事件发生时，便顺序处理每个事件，当所有事件处理完之后，便再转去继续轮询，如下图所示：