同步异步、阻塞与非阻塞、IO

一、同步与异步，阻塞与非阻塞

　　1、同步与异步

　　同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)。同步，程序调用某个东西时，调用方得等待这个调用返回结果才能继续往后执行。异步，和同步相反 调用方不会立即得到结果，而是在调用发出后调用者可用继续执行后续操作，被调用者通过状体来通知调用者，或者通过回掉函数来处理这个调用

　　同步：进程之间存在依赖关系，一个进程结束的输出作为另一个进程的输入。具有同步关系的一组并发进程之间发送的信息称为消息或者事件；

　　异步：和同步相对，同步是顺序执行，而异步是彼此独立，在等待某个事件的过程中继续做自己的事，不要等待这一事件完成后再工作。线程是实现异步的一个方式，异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一个线程的完成，从而让主线程做其他事情。

　　

　　2、阻塞与非阻塞

　　阻塞和非阻塞指的是调用者（程序）在等待返回结果（或输入）时的状态。阻塞时，在调用结果返回前，当前线程会被挂起，并在得到结果之后返回。非阻塞时，如果不能立刻得到结果，则该调用者不会阻塞当前线程。因此对应非阻塞的情况，调用者需要定时轮询查看处理状态。

 

　　3、两者区别与联系

区别：

同步、异步强调的是否得到最终的结果
阻塞、非阻塞强调的时间，是否等待

同步与异步区别在于：调用者是否得到了想要的结果。
同步就是一直要执行到返回最终结果
异步就是直接返回了，但是返回的不是最终结果。调用者不能通过这种调用得到结果，还是通过被调用者，使用其它方式通知调用者，来取回最终结果

阻塞与非阻塞的区别在于，调用者是否还能干其他事
阻塞，调用者就一直挂起，一直等着程序
非阻塞，调用者可以先去进行其他工作，不用一直挂起

联系：

同步阻塞：一直挂起，什么都不用做，只需要等结果

同步非阻塞：等着结果，但是不一定等，可以干其他事情

异步阻塞：我要调用某个东西，但是你却没有，返回一个没有东西的结果，然后我就一直等着啥也不干。等着结果返回通知

异步非阻塞：我要调用某个东西，但是你却没有，返回一个没有东西的结果，然后我可以干其他事情。等着结果返回后通知

 

二、IO模型　

　　对于一次IO访问（以read举例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。所以说，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：

　　　　　　数据准备阶段

　　　　　　内核空间负责回用户进程缓冲区阶段

　　　　发生IO的时候：

　　　　　　内核从输入设备读、写数据

　　　　　　进程从内核复制数据

 

　　1、同步IO模型包括：阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用

 

　　　　阻塞Io:进程一直等待，直到读写完成

　　　　非阻塞IO

　　　　　　如果IO没有准备好，立即返回ERROR，进程不阻塞。再进行下一个轮询，用户可以再次发起系统调用，如果内核已经准备好，就阻塞，然后复制数据到用户空间，

 

IO多路复用:

同时监控多个IO，有一个准备好了，就不需要在等了开始处理，提高了同时处理IO的能力  

 

select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪，能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直到有描述副就绪（有数据可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以 通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。

select:

　　1、服务端

import select,socket,queue
server = socket.socket()
server.bind(("localhost",9000))
server.listen(1000)
server.setblocking(False)      #设置为非阻塞
msg_dic = dict()        #定义一个队列字典
inputs = [server,]  #由于设置成非阻塞模式，accept和recive都不阻塞了，没有值就会报错，因此最开始需要最开始需要监控服务端本身，等待客户端连接
outputs = [] 
while True:
    #exceptional表示如果inputs列表中出现异常，会输出到这个exceptional中
    readable,writeable,exceptional = select.select(inputs,outputs,inputs)#如果没有任何客户端连接，就会阻塞在这里 
    for r in readable:# 没有个r代表一个socket链接
        if r is server:  #如果这个socket是server的话，就说明是是新客户端连接了
            conn,addr = r.accept() #新连接进来了,接受这个连接，生成这个客户端实例
            print("来了一个新连接",addr)
            inputs.append(conn)#为了不阻塞整个程序,我们不会立刻在这里开始接收客户端发来的数据, 把它放到inputs里, 下一次loop时,这个新连接
            #就会被交给select去监听
            msg_dic[conn] = queue.Queue() #初始化一个队列，后面存要返回给这个客户端的数据
        else: #如果不是server，就说明是之前建立的客户端来数据了
            data = r.recv(1024)
            print("收到数据：",data)
            msg_dic[r].put(data)#收到的数据先放到queue里,一会返回给客户端
            outputs.append(r)#为了不影响处理与其它客户端的连接 , 这里不立刻返回数据给客户端
            # r.send(data)
            # print("send done....")
    for w in writeable:  #要返回给客户端的链接列表
        data_to_client = msg_dic[w].get()
        w.send(data_to_client)   #返回给客户端的源数据
        outputs.remove(w)  #确保下次循环的时候writeable,不返回这个已经处理完的这个连接了
 
    for e in exceptional:  #处理异常的连接
        if e in outputs:   #因为e不一定在outputs，所以先要判断
            outputs.remove(e)
        inputs.remove(e)   #删除inputs中异常连接
        del msg_dic[e]   #删除此连接对应的队列

 

 

 

 

 

 

　　　　异步IO

　　　　　　进程发起异步IO请求，立即返回。内核完成IO的阶段的两个阶段，内核给进程发一个信号。