理解阻塞、非阻塞、同步、異步
首先說明,這些都是在特點場景下或者相對情況的詞匯,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:

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后面排隊等待,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:

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,分析一下為什么會阻塞?
1.數量上:
到來車輛數——大量
收費站數——小于等于9個
結論:在要過卡的汽車數量大于收費亭數量時,就會有阻塞現象。
2.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,為什么會有量差?
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,沒有車主愿意跑那么遠去收費,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。
在程序里,比如數據庫連接池里的連接是有限的,比如10條連接,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。
在程序里,數據庫查詢,需要經過網絡IO和磁盤IO,相同的內容怎么都比在本機內存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……非阻塞又是什么?
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,然后車輛離開了,開出個幾百米后車主手機才收到ETC被扣費的短信,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,甚至可以把車卡的桿去掉,這樣車輛就無需停留。

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?怎么可能,只是從車的角度來看,車確實不阻塞了,但從整個收費程序來看,車輛跑出幾百米后才收費成功,就表示實際上自動扣費的速度比較慢,阻塞范圍縮小到了自動扣費上。
把阻塞范圍縮小,縮短主體停留時間,就是非阻塞要做的事情。
到這里,先記住這個結論,先折起一小部分內容留最后總結聯系上下文……
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里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,這三步驟你怎么換人分著做,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。那么:
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。
在程序里,給員工張三發一個節日祝福短信,步驟相似:
public static void main(String[] args) {
// 給員工張三發一個節日祝福短信,步驟相似:
// 1. 先把員工張三的信息查找出來
Employee employee = findEmployee("張三");
// 2. 編輯短信:”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. 調用短信發送API發送短信內容到員工的手機號碼
sendMessage(employee.getPhone(), message);
}
1.先把員工張三的信息查找出來
2.編輯短信:”祝張三先生節日快樂,闔家幸福!“
3.調用短信發送API發送短信內容到員工的手機號碼
整個事務都在一條線程里順序完成,則屬于同步操作。
同步的核心,是一個主體。主要看你把什么定為一個主體。
異步
接著上面,同步是一個主體做事,那么異步,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沖突,摘下口罩后,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,就屬于異步。
在程序里,線程1給張三發節日祝福短信,線程2給李四發節日祝福短信,線程3給王五發,完全沒有問題,為所欲為有木有。
當然,如果多個線程在做相同的事情,也可以叫并發。
思考問題,什么時候建議異步?
當多個事情沒有沖突,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,那么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。
在代碼里,如果想要給張三同時發出去短信和郵件,則可以使用異步的方式去實現:
public static void main(String[] args) {
// 給員工張三發一個節日祝福短信,步驟相似:
// 1. 先把員工張三的信息查找出來
Employee employee = findEmployee("張三");
// 開啟線程2去發郵件
new Thread(() -> {// 這里邊的就是異步操作
// 編輯郵件
String mailMessage = "祝h3>張三/h3>" + employee.getGender() + "節日快樂,闔家幸福!";
// 發送郵件
sendEmail(employee.getEmail(), mailMessage);
}).start();
// 2. 編輯短信:”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. 調用短信發送API發送短信內容到員工的手機號碼
sendMessage(employee.getPhone(), message);
}
1.先把員工張三的信息查找出來
2.線程1(main線程):編輯短信;線程2:編輯郵件
3.線程1(main線程):發送短信;線程2:發送郵件
線程2在start()后,main線程就可以繼續往下執行了,main線程并不會等待線程2執行完成,也就是說,異步有一個特點——非阻塞。
異步可以加上回調這個利器,在執行出結果時,通過回調的方式,去反饋結果,這里不展開細談。
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范圍縮小,或者把可以延遲完成的事情異步完成,縮短主體停留時間。
最后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后,就讓另一條線程去執行收費操作,并不影響車輛通行,等車輛行駛出幾百米后,異步的線程執行完畢,短信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,但是對于它自己來說,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。
同步和異步,也是相對的,這取決于主體的粒度,應用服務里A有100條線程在協同完成任務X,主體為線程時,他們是異步的,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線程,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隊列、線程池、連接池等組件,以后有空再展開吧。
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