一文搞懂同步异步阻塞非阻塞

相信很多人在面试的过程中，都被问到过同步和异步的区别、阻塞和非阻塞的区别，以及这两对关系又有什么联系？本文尽可能从专业的角度，用易懂的语言，帮助大家理解

01 前置知识

用户空间和内核空间

操作系统可以支持多个进程同时运行，但需要保证不同进程之前不会相互影响（即一个进程不能恶意读取或修改其他进程中的数据）。因此将操作系统分为用户空间和内核空间，用户空间进行数据的处理，而对于数据的读写以及其他的调度和管理，则有内核空间处理

进程通信
两个进程通信的时候，都会将数据从用户空间的缓冲区拷贝到内核空间的缓冲区，然后将内核空间缓冲区的数据发送出去。接收的时候相反，会先把网络传输过来的数据放置到内核缓冲区中，然后再拷贝到用户空间的缓冲区中进行处理

02 相关概念

关于同步、异步、阻塞、非阻塞在《操作系统概念(第九版)》中有如下解释

结合上面的概念，通过进程A和B通信，来理解一下这几者的关系

同步

也就是图中的阻塞发送，A调用send()方法与B通信，由于是同步(阻塞发送)，那么在A进程所对应的系统内核空间中，内核缓冲区的数据没发送出去之前，A进程都是一直等待的

异步

也就是图中的非阻塞发送，A调用send()方法与B通信，由于是异步(非阻塞发送)，A进程只需要把要发送的消息由用户空间拷贝到内核空间，不用等到内核缓冲区的消息发送出去，就可以处理其他逻辑

阻塞

针对的是接收消息的一方，如果A给B要发送消息，B调用receive()方法，如果内核缓冲区中没有数据或者没有到达指定大小的数据，那么B进程就会一直阻塞，直到符合满足返回数据的条件

非阻塞

针对的是接受消息的一方，如果A给B要发送消息，B调用receive()方法，如果内核缓存区中没有数据，那么B就会返回一个空值，不会阻塞

03 阻塞是什么
无论是同步、异步还是阻塞、非阻塞，都离不开阻塞这个概念，那么阻塞到底是什么？下面用一幅图来表示一个进程的生命周期

new:代表进程创建
ready:进程等待操作系统调度
running:操作系统调度，进程拿到cpu开始执行代码
waiting:当发生IO、或者调用内核方法主动释放cpu，进入等待状态
terminated:进程正常或异常结束

而阻塞就发生在waiting阶段，由于进程在running状态下发起了一个系统调用如（read()调用），该调用不能立即完成，需要等待一段时间，于是内核将该进程标记为waiting状态，也就是阻塞该进程，以确保它不会被cpu调度，浪费cpu资源（即使拿到了cpu，从内核空间获取数据没有准备好，也无法执行后续的逻辑）。

当内核把数据准备好之后，就会从waiting状态变为ready状态，等待操作系统的调用。

04 总结

同步和异步、阻塞和非阻塞本质上是一对相对的概念。
在进程通信这个层面，同步和异步针对的是发送方而言，取决于将数据写到内核缓冲区进程的行为，继续等待发送则为同步，反之即为异步。
在进程通信这个层面，阻塞非阻塞针对的是接收方而言，取决于将内核中的数据能否立即拷贝到用户空间，如果不能直接拷贝则为阻塞，反之则为非阻塞。
阻塞是进程的一种状态，由于cpu的速度远远高于磁盘速度，为了提高cpu利用率，对于涉及系统调用的进程（牵扯到磁盘读写），会把进程置为阻塞状态，防止cpu调度。