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补充提问:同步和阻塞、异步和非阻塞等不等价?

经常听人说,异步的请求会马上返回。同步的请求会阻塞,比如下面这段程序,因为read方法马上返回,所以就是异步方法。

var result = read((data) -> {
  System.out.println(data);
});

System.out.println(result); // 数据没准备好

这种说法对嘛?

我们说同步和异步,实际上是一种程序结构的差异。同步的程序要求程序之间是一种顺序的因果关系。

程序之间的因果是上文和下文之间的关系。上面的read方法是“因”, 这个“因”影响范围,应该是Read下面的程序,而不是read的参数中的程序。

所以上面这个程序的设计并不好,因为因果关系发生了问题。我们不希望把我们的程序不要复杂化。那就是有因就有果,因果之间是顺序的。比如这样:

var result = read();
System.out.println(result); // 数据OK 

你可以对比下这两种写法你更喜欢哪种?当然是现在这种对我们的心智负担最小。这一种写法叫做同步(synchronous),在同步的程序中,因果的关系紧密连接。这样,程序员的心智负担低。上面看到那种带回调函数的方式叫做异步(asynchronous)。在异步的方法中,因果关系不是顺序的,程序员的心智负担高,容易犯错。

var t = new Thread(() -> {
    // 位置1
});

// 位置2
t.interrupt();

比如上面这段程序,就是一个异步的程序。那么位置2和位置1谁先执行呢?完全不能控制。所以我们在做程序设计的时候,我们经常要把需要异步的程序转变成同步的程序。创建线程的的程序是一个特例,异步可能是唯一合理的方案。

接下来这段程序使用了NIO的AsynchronousFileChannel去读取文件。

    @Test
    public void test_async_read() throws IOException, ExecutionException, InterruptedException {

        var fileName = "word";
        var channel = AsynchronousFileChannel.open(Path.of(fileName), StandardOpenOption.READ);

        var buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        Future<Integer> operation = channel.read(buf, 0);
        var numReads = operation.get();
        buf.flip();
        var chars = new String(buf.slice().array());
        System.out.println(chars);
    }

你可以仔细观察一下这段程序。Future价值。在于它将一个本该异步的。数据读取过程。转化成了同步的逻辑。关于Future,我们会在并发编程章节中继续讨论。channel.read(buf, 0)不会阻塞,代码会阻塞在operation.get 。有了这样的关系。你可以在任何位置去执行operation.get。所以channel.read(buf, 0)是非阻塞同步。operation.get是阻塞同步。

同步是好事,同步意味着程序好写的。

阻塞(Blocking)意味着实实在在发生了线程阻塞的行为。阻塞操作会导致当前线程阻塞:当前线程发生了中断,切换到其他线程去执行。阻塞可不可以异步呢?当然可以,比如这段程序:

sleep(1000ms, () -> {
  
});

假设上面这段程序,会发生阻塞(交出控制权),直到1s的时候中断触发回调,才会继续执行回调函数。那么这就是一个异步阻塞的程序。

非阻塞(Non-Blocking)说的是线程的行为没有发生阻塞,就叫非阻塞。比如:

int num = read(fd, buf);
if(num == 0) {
    // 没有读取到数据
}

假设上面这段程序中,read函数总是马上返回,就是非阻塞。因此这就是一段,同步非阻塞的程序。

实战演示(示例程序,具体见视频)

总结

同步、异步说的是程序的写法。阻塞、非阻塞说的是线程的行为。

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