当前位置: 欣欣网 > 码农

同步/ 异步 / 阻塞 / 非阻塞?真把我搞晕了

2024-05-19码农

引言:本文将深入探讨这些I/O操作的核心概念,通过生活中的比喻,将抽象的技术术语转化为易于理解的日常场景。我们将一起探索同步与异步的通信机制,理解它们如何在不同的情境下发挥作用,以及阻塞与非阻塞如何影响程序的执行流程。通过这些深入浅出的解析,我们希望能够帮助读者更好地理解I/O操作的本质,从而在编程实践中做出更明智的选择。

题目

同步、异步、阻塞、非阻塞的IO的区别?

推荐解析

同步和异步概念

同步和异步关注的是消息通信机制。

同步,就是在发出一个调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。但是一旦调用返回,就得到返回值了。

异步则是相反,调用在发出之后,这个调用就直接返回了,所以没有返回结果。

生活举例

同步:在人工咖啡店点咖啡,排队等待服务员制作完成,等制作完成之后,才能进行下一步行动。

异步:自助咖啡机等咖啡,可以在等咖啡时做其他事情,例如玩手机,读杂志。

同步的举例很明显现在已经被优化了,因为同步的对人为感觉明显不好,异步更为舒适。

阻塞和非阻塞概念

阻塞和非阻塞关注程序在等待调用结果时的状态。

阻塞:被调用者接受到任务请求,会挂起当前线程,执行任务请求,直到完成,然后返回给调用者。

非阻塞:被调用者,先做完其他的事情,然后开始做调用者的任务请求,不会阻塞当前线程。

生活举例

阻塞:交通拥堵的交通路口等待红绿灯,只有交通信号灯变绿才能继续前行,车辆被阻塞。

非阻塞:当你在等待电梯,此时电梯在其他楼层,采用非阻塞方式,可以采用楼梯代替电梯。

Java 代码举例

同步阻塞I/O(BIO)

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public classSyncBlockingIOExample{
publicstaticvoidmain(String[] args){
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt")) {
int data;
while ((data = fis.read()) != -1) {
// 处理数据
System.out.print((char) data);
}
catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

同步非阻塞I/O

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
public classSyncNonBlockingIOExample{
publicstaticvoidmain(String[] args)throws Exception {
FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("example.txt"), StandardOpenOption.READ);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (channel.read(buffer) != -1) {
buffer.flip();
while (buffer.hasRemaining()) {
// 处理数据
System.out.print((char) buffer.get());
}
buffer.clear();
}
channel.close();
}
}

异步I/O(AIO)

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousFileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.util.concurrent.Future;
public classAsyncIOExample{
publicstaticvoidmain(String[] args)throws Exception {
AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("example.txt"), StandardOpenOption.READ);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
Future<Integer> result = channel.read(buffer, 0);
while (!result.isDone()) {
// 执行其他任务
}
buffer.flip();
while (buffer.hasRemaining()) {
// 处理数据
System.out.print((char) buffer.get());
}
buffer.clear();
channel.close();
}
}


区别详解

同步I/O

1) 定义 :同步I/O是指程序发起一个I/O操作后,必须等待该操作完成并获取到结果后,才能继续执行后续代码。

2) 特点 :同步I/O操作会阻塞程序的执行,直到I/O操作完成。这意味着程序在等待I/O操作期间不能执行其他任务。

3) 示例 :在Java中,使用 java.io 包中的 FileInputStream FileOutputStream 进行文件读写就是同步I/O的例子。

异步I/O

1) 定义 :异步I/O是指程序发起一个I/O操作后,不需要等待该操作完成,而是可以继续执行后续代码。I/O操作完成后,程序会通过回调、事件或轮询等方式得到通知。

2) 特点 :异步I/O不会阻塞程序的执行,允许程序在I/O操作进行的同时执行其他任务,提高了程序的并发性和效率。

3) 示例 :在Java中,使用 java.nio.channels.AsynchronousFileChannel 进行文件读写就是异步I/O的例子。

阻塞I/O

1) 定义 :阻塞I/O是指程序发起一个I/O操作后,如果数据尚未准备好(如数据未到达、文件未找到等),程序会一直等待,直到数据准备好并完成I/O操作。

2) 特点 :阻塞I/O会导致程序的执行线程被挂起,直到I/O操作完成。在这期间,线程不能执行其他任务。

3) 示例 :在Java中,使用 java.io 包中的 Socket 进行网络通信时, InputStream.read() 方法就是阻塞I/O的例子。

非阻塞I/O

1) 定义 :非阻塞I/O是指程序发起一个I/O操作后,如果数据尚未准备好,I/O操作会立即返回一个错误或特定值,而不是等待数据准备好。

2) 特点 :非阻塞I/O允许程序在数据未准备好时继续执行其他任务,而不是等待。程序通常需要轮询或检查I/O操作的状态,以确定何时数据准备好。

3) 示例 :在Java中,使用 java.nio 包中的 SocketChannel 设置为非阻塞模式,并使用 read() 方法进行网络通信,就是非阻塞I/O的例子。

其他补充

鱼聪明 AI 的回答:

鱼聪明 AI 地址:https://www.yucongming.com/

  1. 同步IO:当程序发起IO操作时,程序会一直等待IO操作完成后才能继续执行后续操作,这种IO称为同步IO。

  2. 异步IO:程序发起IO操作后,不需要等待IO操作完成,而是继续执行后续操作,当IO操作完成后通过回调等方式通知程序,这种IO称为异步IO。

  3. 阻塞IO:程序发起IO操作时,如果IO操作无法立即完成,程序会一直等待IO操作完成或出错后才能继续执行后续操作,这种IO称为阻塞IO。

  4. 非阻塞IO:程序发起IO操作时,如果IO操作无法立即完成,程序会立即返回一个错误码或结果,然后继续执行后续操作,通过轮询等方式可以判断IO操作是否完成,这种IO称为非阻塞IO。

总结:

  • 同步IO和异步IO是根据程序等待IO操作完成的方式来区分的。

  • 阻塞IO和非阻塞IO是根据程序在等待IO操作完成时是否能继续执行其他操作来区分的。

  • 欢迎交流

    阅读完本文,你应该对 IO 三种模型,Java 如何使用 IO 进行读取,有了一定的了解,本文是面试的重点问题之一,需要重点学习,在文末还有三个问题,欢迎小伙伴在评论区留言!

    1)在实际的编程应用中,你更倾向于使用同步IO还是异步IO?为什么?

    2)阻塞IO和非阻塞IO在网络编程中有何区别?你在开发网络应用时如何选择适合的IO模型?

    3)在并发编程中,如何处理IO操作的性能问题?有没有什么优化策略可以提升IO操作的效率?


    点燃求职热情!每周持续更新,海量面试题和大厂面经等你挑战!赶紧关注面试鸭公众号,轻松备战春招和暑期实习!

    往期推荐