同步/ 異步 / 阻塞 / 非阻塞？真把我搞暈了

2024-05-19碼農

引言：本文將深入探討這些I/O操作的核心概念，透過生活中的比喻，將抽象的技術術語轉化為易於理解的日常場景。我們將一起探索同步與異步的通訊機制，理解它們如何在不同的情境下發揮作用，以及阻塞與非阻塞如何影響程式的執行流程。透過這些深入淺出的解析，我們希望能夠幫助讀者更好地理解I/O操作的本質，從而在編程實踐中做出更明智的選擇。

題目

同步、異步、阻塞、非阻塞的IO的區別？

推薦解析

同步和異步概念

同步和異步關註的是訊息通訊機制。

同步，就是在發出一個呼叫時，在沒有得到結果之前，該呼叫就不返回。但是一旦呼叫返回，就得到返回值了。

異步則是相反，呼叫在發出之後，這個呼叫就直接返回了，所以沒有返回結果。

生活舉例

同步：在人工咖啡店點咖啡，排隊等待服務員制作完成，等制作完成之後，才能進行下一步行動。

異步：自助咖啡機等咖啡，可以在等咖啡時做其他事情，例如玩手機，讀雜誌。

同步的舉例很明顯現在已經被最佳化了，因為同步的對人為感覺明顯不好，異步更為舒適。

阻塞和非阻塞概念

阻塞和非阻塞關註程式在等待呼叫結果時的狀態。

阻塞：被呼叫者接受到任務請求，會掛起當前執行緒，執行任務請求，直到完成，然後返回給呼叫者。

非阻塞：被呼叫者，先做完其他的事情，然後開始做呼叫者的任務請求，不會阻塞當前執行緒。

生活舉例

阻塞：交通擁堵的交通路口等待紅綠燈，只有交通訊號燈變綠才能繼續前行，車輛被阻塞。

非阻塞：當你在等待電梯，此時電梯在其他樓層，采用非阻塞方式，可以采用樓梯代替電梯。

Java 程式碼舉例

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) { // 處理數據 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()) { // 處理數據 System.out.print((char) buffer.get()); } buffer.clear(); } channel.close(); } }

異步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()) { // 執行其他任務 } buffer.flip(); while (buffer.hasRemaining()) { // 處理數據 System.out.print((char) buffer.get()); } buffer.clear(); channel.close(); } }

區別詳解

同步I/O

1）定義：同步I/O是指程式發起一個I/O操作後，必須等待該操作完成並獲取到結果後，才能繼續執行後續程式碼。

2）特點：同步I/O操作會阻塞程式的執行，直到I/O操作完成。這意味著程式在等待I/O操作期間不能執行其他任務。

3）範例：在Java中，使用 java.io 包中的 FileInputStream 或 FileOutputStream 進行檔讀寫就是同步I/O的例子。

異步I/O

1）定義：異步I/O是指程式發起一個I/O操作後，不需要等待該操作完成，而是可以繼續執行後續程式碼。I/O操作完成後，程式會透過回呼、事件或輪詢等方式得到通知。

2）特點：異步I/O不會阻塞程式的執行，允許程式在I/O操作進行的同時執行其他任務，提高了程式的並行性和效率。

3）範例：在Java中，使用 java.nio.channels.AsynchronousFileChannel 進行檔讀寫就是異步I/O的例子。

阻塞I/O

1）定義：阻塞I/O是指程式發起一個I/O操作後，如果數據尚未準備好（如數據未到達、檔未找到等），程式會一直等待，直到數據準備好並完成I/O操作。

2）特點：阻塞I/O會導致程式的執行執行緒被掛起，直到I/O操作完成。在這期間，執行緒不能執行其他任務。

3）範例：在Java中，使用 java.io 包中的 Socket 進行網路通訊時， InputStream.read() 方法就是阻塞I/O的例子。

非阻塞I/O

1）定義：非阻塞I/O是指程式發起一個I/O操作後，如果數據尚未準備好，I/O操作會立即返回一個錯誤或特定值，而不是等待數據準備好。

2）特點：非阻塞I/O允許程式在數據未準備好時繼續執行其他任務，而不是等待。程式通常需要輪詢或檢查I/O操作的狀態，以確定何時數據準備好。

3）範例：在Java中，使用 java.nio 包中的 SocketChannel 設定為非阻塞模式，並使用 read() 方法進行網路通訊，就是非阻塞I/O的例子。

其他補充

魚聰明 AI 的回答：

魚聰明 AI 地址：https://www.yucongming.com/

同步IO：當程式發起IO操作時，程式會一直等待IO操作完成後才能繼續執行後續操作，這種IO稱為同步IO。
異步IO：程式發起IO操作後，不需要等待IO操作完成，而是繼續執行後續操作，當IO操作完成後透過回呼等方式通知程式，這種IO稱為異步IO。
阻塞IO：程式發起IO操作時，如果IO操作無法立即完成，程式會一直等待IO操作完成或出錯後才能繼續執行後續操作，這種IO稱為阻塞IO。
非阻塞IO：程式發起IO操作時，如果IO操作無法立即完成，程式會立即返回一個錯誤碼或結果，然後繼續執行後續操作，透過輪詢等方式可以判斷IO操作是否完成，這種IO稱為非阻塞IO。

總結：

同步IO和異步IO是根據程式等待IO操作完成的方式來區分的。

阻塞IO和非阻塞IO是根據程式在等待IO操作完成時是否能繼續執行其他操作來區分的。