理解阻塞、非阻塞、同步、非同步

Supalle發表於2021-08-16
非同步

理解阻塞、非阻塞、同步、非同步

首先說明，這些都是在特點場景下或者相對情況的詞彙，OK，接下來開門見山。

阻塞

可以很直觀的理解，就如節假日高速路出口收費站一樣，上圖片：

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9個收費亭，同時來了一大波車，這時候同一時刻只能有9輛車在收費，剩下的車都在只能在後面排隊等待，這就是現實中很直觀的阻塞現象。這9個收費亭，就是一個瓶頸，或許畫為這樣更符合大家對瓶頸二字的理解：

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第1張圖中，高速公路源源不斷的車輛到來，和第二張圖的效果其實表示一樣。

OK，看圖明白了現象，分析一下為什麼會阻塞?

  1. 數量上：
  • 到來車輛數——大量
  • 收費站數——小於等於9個

結論：在要過卡的汽車數量大於收費亭數量時，就會有阻塞現象。

  1. 速度上：
  • 到來車輛速度——快速
  • 收費站過卡速度——慢

結論：在收費站過卡速度比車輛到來的速度慢時，就會有阻塞現象。

綜合起來就是：因為量差和速度差，導致阻塞現象。

思考問題，為什麼會有量差？

因為有些資源是有限的，是很難避免的，高速公路出口區域的大小有限，收費亭的個數會根據合理的規劃設立，即使設立了1千個收費亭，從高速路到來的汽車跑到距離最遠的那個收費亭也是相當遠，沒有車主願意跑那麼遠去收費，它就形同虛設，有效收費亭數就還是一個相對很小的數量。同時，還需要考慮成本因素。

在程式裡，比如資料庫連線池裡的連線是有限的，比如10條連線，但1毫秒內需要做1000個查詢，就會形成阻塞現象。

而速度差是客觀存在的，收費亭還需要經過不斷的發展，才能達到和高速公路相匹配的速度，但收費亭還有一個作用就是讓高速的車輛減速下來，去匹配非高速公路的速度。

在程式裡，資料庫查詢，需要經過網路IO和磁碟IO，相同的內容怎麼都比在本機記憶體中直接檢索出來要慢。

阻塞，其實是一個客觀存在的現象，它本質上是沒法繞開的。

既然繞不開，那……非阻塞又是什麼？

非阻塞

還是上面的例子，車輛經過高速路收費亭，非阻塞更像是改版的ETC，車輛進高速，掃一下車牌登記一下，車輛離開高速，掃一下車牌登記一下，然後車輛離開了，開出個幾百米後車主手機才收到ETC被扣費的簡訊，此時高速路收費才算完成。整個過程，停留的時間很短，如果車牌識別效率非常高，甚至可以把車卡的杆去掉，這樣車輛就無需停留。

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無需停留即速度與車輛到來速度相匹配，即沒有阻塞現象。

那是真的沒有阻塞了嗎？怎麼可能，只是從車的角度來看，車確實不阻塞了，但從整個收費程式來看，車輛跑出幾百米後才收費成功，就表示實際上自動扣費的速度比較慢，阻塞範圍縮小到了自動扣費上。

把阻塞範圍縮小，縮短主體停留時間，就是非阻塞要做的事情。

到這裡，先記住這個結論，先折起一小部分內容留最後總結聯絡上下文……

同步

下班回家到家門口的時候，開門經過以下步驟：

  1. 掏鑰匙（還需要從幾百把鑰匙裡挑選鑰匙請忽略鑰匙的步驟）
  2. 插入門鎖孔（磁卡鎖、指紋鎖、人臉鎖等，請積極回憶用鑰匙的日子）
  3. 旋轉鑰匙，開門

正常來說，三個步驟是順序依賴的，這三步驟你怎麼換人分著做，都會等待前一個步驟完成。

這時候，如果沒有別的事情干擾，基本上我們會一個人去完成整個開門的事情，因為換人，也需要時間。

開門的人，看作一個主體；整個開門過程，可以看作一個事務。那麼：

一個主體獨自完成一個事務，便可以認為這個過程是同步的。

在程式裡，給員工張三發一個節日祝福簡訊，步驟相似：

public static void main(String[] args) {
        // 給員工張三發一個節日祝福簡訊，步驟相似：

        // 1. 先把員工張三的資訊查詢出來
        Employee employee = findEmployee("張三");

        // 2. 編輯簡訊：”祝張三先生節日快樂，闔家幸福！“
        String message = "祝張三" + employee.getGender() + "節日快樂，闔家幸福！";

        // 3. 呼叫簡訊傳送API傳送簡訊內容到員工的手機號碼
        sendMessage(employee.getPhone(), message);
    }
  1. 先把員工張三的資訊查詢出來
  2. 編輯簡訊：”祝張三先生節日快樂，闔家幸福！“
  3. 呼叫簡訊傳送API傳送簡訊內容到員工的手機號碼

整個事務都在一條執行緒裡順序完成，則屬於同步操作。

同步的核心，是一個主體。主要看你把什麼定為一個主體。

非同步

接著上面，同步是一個主體做事，那麼非同步，就是多個主體做事。

比如開門的例子，如果把主體具體到手，右手在做開門這些步驟時，左手可能在摘下口罩，這時候兩件事情都不衝突，摘下口罩後，還可以撓撓頭，抓抓癢，左手可以為所欲為（左手千萬別掰斷右手）。

同一時刻，多個主體在做事，就屬於非同步。

在程式裡，執行緒1給張三發節日祝福簡訊，執行緒2給李四發節日祝福簡訊，執行緒3給王五發，完全沒有問題，為所欲為有木有。

當然，如果多個執行緒在做相同的事情，也可以叫併發。

思考問題，什麼時候建議非同步？

當多個事情沒有衝突，而你又有足夠的資源去同時展開工作時。

比如邊開門邊撓頭的例子，如果你的左手因為數錢導致短暫性發麻無力，只有右手可以活動，那麼邊開門邊撓頭只會讓你在切換這兩件事的時候花費更多的時間。

在程式碼裡，如果想要給張三同時發出去簡訊和郵件，則可以使用非同步的方式去實現：

public static void main(String[] args) {
        // 給員工張三發一個節日祝福簡訊，步驟相似：

        // 1. 先把員工張三的資訊查詢出來
        Employee employee = findEmployee("張三");

        // 開啟執行緒2去發郵件
        new Thread(() -> {// 這裡邊的就是非同步操作
            // 編輯郵件
            String mailMessage = "祝<h3>張三</h3>" + employee.getGender() + "節日快樂，闔家幸福！";
            // 傳送郵件
            sendEmail(employee.getEmail(), mailMessage);
        }).start();

        // 2. 編輯簡訊：”祝張三先生節日快樂，闔家幸福！“
        String message = "祝張三" + employee.getGender() + "節日快樂，闔家幸福！";

        // 3. 呼叫簡訊傳送API傳送簡訊內容到員工的手機號碼
        sendMessage(employee.getPhone(), message);
    }
  1. 先把員工張三的資訊查詢出來
  2. 執行緒1（main執行緒）：編輯簡訊；執行緒2：編輯郵件
  3. 執行緒1（main執行緒）：傳送簡訊；執行緒2：傳送郵件

執行緒2在start()後，main執行緒就可以繼續往下執行了，main執行緒並不會等待執行緒2執行完成，也就是說，非同步有一個特點——非阻塞。

非同步可以加上回撥這個利器，在執行出結果時，通過回撥的方式，去反饋結果，這裡不展開細談。

總結

因為部分資源有限，所以阻塞客觀存在的，可以簡單的理解為有排隊等待的現象，就是阻塞。

非阻塞主要是把阻塞範圍縮小，或者把可以延遲完成的事情非同步完成，縮短主體停留時間。

最後回到收費亭的非阻塞例子，車輛在經過出高速的收費亭登記後，就讓另一條執行緒去執行收費操作，並不影響車輛通行，等車輛行駛出幾百米後，非同步的執行緒執行完畢，簡訊也發到了車主的手機上。

多加一些思考就能發現，因為速度是相對的，阻塞也是相對的，收費亭A的速度慢，但是對於它自己來說，它已經是全速了，它沒停過就沒有阻塞，但是高速路到來B的車因為它停下來等待了，所以阻塞須有A和B相互參照，才能看出誰是瓶頸。

同步和非同步，也是相對的，這取決於主體的粒度，應用服務裡A有100條執行緒在協同完成任務X，主體為執行緒時，他們是非同步的，但當你把整個服務A看作一個整體時，他是同步的，因為不管你內部有多少執行緒，你都只是完成了任務X，僅由一個主體，完成一個事務，就是同步。

運用這些思維，可以很好的去理解阻塞佇列、執行緒池、連線池等元件，以後有空再展開吧。

總結有點囉嗦了，就這樣……回見~

end.

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