摘要：对同步与异步，阻塞和非阻塞，挂起和阻塞的记录

声明：后面会不断穿插这样的一些概念，一定要深入理解一些关键的基本思想。这些基本概念很多的参考资料参差不齐，讲解不是很清楚，本章将详细，用最通俗易懂的语言解释，什么是线程、进程、同步、异步、阻塞、非阻塞、并发、并行这些很容易弄混的概念，本次的系列文章较长，后续会讲解python协程的实现方式。看完本文，你讲明白一下一些基本的东西：

（1）并发（并发只是实现异步的手段之一）并不是没有阻塞的，依然有阻塞，相对的分析，并发依然有阻塞。

（2）怎么理解“事件循环”，那个线程一直在各个方法之间永不停歇的游走，遇到一个yield from 就悬挂起来，然后又走到另外一个方法，依次进行下去，知道事件循环所有的方法执行完毕。

（3）并发（异步）一定会比同步快吗？当然不是了，参见后面文章的实验。

（4）并发分为真并发、伪并发，并发与并行的区别在于“是否同时”

（5）异步是最终的目的，并发和并行都可以实现异步，线程是决定了是使用并发还是并行的手段。

（6）最好的实现方式当然是并行了，

首先介绍一些最基本的概念和核心思想。

一、进程、线程

1.1进程（Process）：

是Windows系统中的一个基本概念，它包含着一个运行程序所需要的资源。一个正在运行的应用程序在操作系统中被视为一个进程，进程可以包括一个或多个线程。线程是操作系统分配处理器时间的基本单元，在进程中可以有多个线程同时执行代码。进程之间是相对独立的，一个进程无法访问另一个进程的数据（除非利用分布式计算方式），一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行，Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基本边界。是应用程序的一个运行例程，是应用程序的一次动态执行过程。

1.2线程（Thread）：

是进程中的基本执行单元，是操作系统分配CPU时间的基本单位，一个进程可以包含若干个线程，在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中，都是以Main()方法作为入口的，当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器（Thread Local Storage，TLS）组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态，调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据，TLS主要用于存放线程的状态信息。

线程的本质：线程不是一个计算机硬件的功能，而是操作系统提供的一种逻辑功能，线程本质上是进程中一段并发运行的代码，所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

1.3进程和线程的区别

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

1) 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

2) 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。

3) 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。

4) 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

5) 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。进程的目的就是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位。操作系统将cpu时间片分给进程，进程再分配给所有的线程。进程——资源分配的最小单位，线程——程序执行的最小单位。

1.4不同平台下的进程和线程

windwos下：

windows下面既有进程也有线程。一个正在运行的应用程序在操作系统中被视为一个进程，一个进程可以包含若干个线程，在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。

linux下：

linux下不存在线程只有进程。一个正在运行的应用程序在操作系统中被视为一个进程，进程通过fork生成一个子进程。

二、 同步（Sync）和异步（Async）

2.1同步：

所谓同步，就是发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回或继续执行后续操作。

简单来说，同步就是必须一件一件事做，等前一件做完了才能做下一件事。

2.2异步：

异步与同步相对，当一个异步过程调用发出后，调用者在没有得到结果之前，就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后，一般通过状态、通知和回调来通知调用者。对于异步调用，调用的返回并不受调用者控制。

对于通知调用者的三种方式，具体如下：

状态：即监听被调用者的状态（轮询），调用者需要每隔一定时间检查一次，效率会很低。

通知：当被调用者执行完成后，发出通知告知调用者，无需消耗太多性能。

回调：与通知类似，当被调用者执行完成后，会调用调用者提供的回调函数。

2.3同步和异步的区别

总结来说，同步和异步的区别：请求发出后，是否需要等待结果，才能继续执行其他操作。

三、阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞这两个概念仅仅与等待消息通知时的状态有关。跟同步、异步没什么太大关系，也就是说阻塞与非阻塞主要是程序（线程）等待消息通知时的状态角度来说的。

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态。

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

总结：同步执行一般都会有阻塞，但也有可能没阻塞；异步执行也有可能有阻塞，也可能没有阻塞。后面会讲到。

四、并发并行

并发

在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间 段分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状态。这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

并行

当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行(Parallel)

并发和并行的区别

（1）你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。因为在完成吃饭这件事情之前，打电话这件事你是完全没开始的，是一个一个来的）

（2）你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。因为吃饭和电话两件事情都处于启动状态，而不是一件事做完才启动另一件事，但是虽然几件事情都开始了，但因为是一个线程，还是一个一个交替去做的，这也是python协程的思想。

（3）你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并行。因为这是同时在进行多件事情，而不是交替执行。

怎么区别呢？区分它们最关键的点就是：是否是『同时』。

并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时；但是并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。

五、关键概念的区分

（1）阻塞/非阻塞：关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态

（2）同步/异步：关注的是消息通知的机制。即等到你做完通知我，我再开始做，还是你先做你的，我先做我的 ，你做完了再来通知我就可以了。

所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。
换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。

而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

上面的两组概念是可以两两搭配的，即

（3）同步阻塞、同步非阻塞，异步阻塞、异步非阻塞。

举个简单的例子来描述这四种情况，老张要做两件事，用水壶烧开水，看电视，两件事情即两个任务，两个函数。

同步阻塞：老张把水壶放到火上，就坐在那里等水开，开了之后我再去看电视。（同步阻塞）

同步非阻塞：老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）

老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。

异步阻塞：老张把响水壶放到火上，然后就坐在旁边等着听那个烧开的提示音。（异步阻塞）

异步非阻塞：老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）乍一看，这“同步阻塞、异步阻塞”似乎没有什么区别，但实际上是有区别的，所谓同步异步，指的是消息通知的机制。区别在哪里呢？

在这个例子中同步异步只是对于水壶而言。在使用普通水壶的时候，我要自己主动去观察水是不是烧开了，自己主动去获取烧开的这个结果，即所谓的同步；但是在响水壶的时候，我不需要再管水烧到什么程度了，因为只要水烧开了，那个滴滴的噪声就会通知我的，即所谓的异步。

他们的相同点是，在烧水的过程中，老王啥也没干，即“阻塞”。

（4）四种总结——同步/异步与阻塞/非阻塞

同步阻塞形式：效率是最低的。拿上面的例子来说，在烧水的过程中，什么别的事都不做。

同步非阻塞形式：实际上是效率低下的。因为老王需要不断的在看电视与烧水之间来回跑动，看一下电视，又要去看一下水烧开没有，这样来回跑很多次，在程序中，程序需要在这两种不同的行为之间来回的切换，效率可想而知是低下的。

异步阻塞形式：异步操作是可以被阻塞住的，只不过它不是在处理消息时阻塞，而是在等待消息通知时被阻塞。 这个效率其实跟同步阻塞差不多的。

异步非阻塞形式：效率更高。因为老王把水烧好之后就不用管了，可以安安心心去看电视，不用来回奔波看水烧开了没，因为水烧开了会有提示告诉他水烧好了，这样效率岂不是更高。

那有没有更好的办法？当然有，如果老王还有一个帮手老张，让老王自己看电视、同时老张去烧开水，这样岂不是更好？这就是所谓的并行。（5）并发/并行、同步/异步、阻塞/非阻塞

并发/并行：即能够开启多个任务，多个任务交替执行为并发，多个任务同时执行为并行

同步/异步：关注的是消息通知的机制，主动等候消息则为同步、被动听消息则为异步

阻塞/非阻塞：关注的是等候消息的过程中有没有干其他事。

总结：上面的几组概念，时刻穿插的，并没有完全的等价关系，所以经常有人说，异步就是非阻塞，同步就是阻塞，并发就是非阻塞、并行就是非阻塞，这些说法都是不完全准确地。

六、最终结论概括

并发和并行都是实现异步编程的思路，只有一个线程的并发，称之为“伪并发”；有多个线程的并发称之为“真并发”，真并发与并行是很接近的。

6.1异步操作的优缺点

因为异步操作无须额外的线程负担（这里指的是单线程交替执行的“伪并发”），并且使用回调的方式进行处理，在设计良好的情况下，处理函数可以不必使用共享变量（即使无法完全不用，最起码可以减少 共享变量的数量），减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高，程序主要使用回调方式进行处理，与普通人的思维方式有些 初入，而且难以调试。

6.2 多线程的优缺点

多线程的优点很明显，线程中的处理程序依然是顺序执行，符合普通人的思维习惯，所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显，线程的使用（滥用）会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

异步与多线程,从辩证关系上来看,异步和多线程并不时一个同等关系,（因为单线程也是可以实现异步的）异步是目的,多线程只是我们实现异步的一个手段.什么是异步:异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回.实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理

写了两个demo，第一个 demo1阻塞.exe 是阻塞的，第二个 demo2非阻塞.exe 是非阻塞的。

当运行 demo1阻塞.exe 的时候，点击 开始 按钮 执行睡眠20秒，这个时候 demo1阻塞 是被阻塞的，所以这个时候再点击 结束 按钮，未响应。

当运行 demo1非阻塞.exe 的时候，点击 开始 按钮 执行睡眠20秒，这个时候 demo1非阻塞 是不会被阻塞的，所以这个时候再点击 结束 按钮， 弹出弹框 你好。

七：阻塞和挂起区别

阻塞和挂起的定义

阻塞：正在执行的进程由于发生某时间（如I/O请求、申请缓冲区失败等）暂时无法继续执行。此时引起进程调度，OS把处理机分配给另一个就绪进程，而让受阻进程处于暂停状态，一般将这种状态称为阻塞状态。

挂起：由于系统和用户的需要引入了挂起的操作，进程被挂起意味着该进程处于静止状态。如果进程正在执行，它将暂停执行，若原本处于就绪状态，则该进程此时暂不接受调度。

共同点：

1. 进程都暂停执行
2. 进程都释放CPU，即两个过程都会涉及上下文切换

不同点：

1. 对系统资源占用不同：虽然都释放了CPU，但阻塞的进程仍处于内存中，而挂起的进程通过“对换”技术被换出到外存（磁盘）中。
2. 发生时机不同：阻塞一般在进程等待资源（IO资源、信号量等）时发生；而挂起是由于用户和系统的需要，例如，终端用户需要暂停程序研究其执行情况或对其进行修改、OS为了提高内存利用率需要将暂时不能运行的进程（处于就绪或阻塞队列的进程）调出到磁盘
3. 恢复时机不同：阻塞要在等待的资源得到满足（例如获得了锁）后，才会进入就绪状态，等待被调度而执行；被挂起的进程由将其挂起的对象（如用户、系统）在时机符合时（调试结束、被调度进程选中需要重新执行）将其主动激活。

总结一下：阻塞是进程不得不阻塞，I/O请求需要时间准备吧。而挂起可能是因为电脑的内存不足，就找几个处于阻塞态的程序挂起弄到外存（这里的外存指的是是磁盘缓存，相当于linux下的swap文件）里。

进程因为请求I/O之类的处于阻塞状态，然后操作系统有可能将其挂起。

我在 计算机操作系统第四版(汤小丹) 的 85页 找到了一些内容：

处理机调度 有 高级调度 和 低级调度 还有中级调度。 中级调度又称为内存调度。引入中级调度的主要目的是，提高内存利用率和系统吞吐量。为此，应把那些暂时不能运行的进程，调至外存等待，此时进程的状态称为就绪驻外内存状态（或挂起状态）。

阻塞和挂起的对象

阻塞的对象：进程和线程应该都可以处于阻塞状态。为什么这么说，因为linux下都是进程，父进程可以被阻塞，子进程也可以被阻塞。windows下干活的都是线程，一个进程会主动创建main线程，然后在main线程里面执行代码。

挂起的对象：进程应该可以被挂起，线程不能被挂起。前面说过进程的目的就是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位，所以线程只能操作进程的资源，这么说应该就只有进程能挂起。确切的说 windows只有进程可以挂起，而linux 子进程和父进程应该都能被挂起。

我记得 在windwos环境下，线程也分为内核级线程和用户级线程。当使用用户级线程的时候，一个线程阻塞会导致一个进程阻塞。 当使用内核级线程的时候，一个线程阻塞，windows会调用该线程所属进程下面的其他线程。

八、c语言中的sleep函数

当进程或者线程调用sleep函数的时候，进程或者线程处于阻塞状态。如果电脑内存不够，该进程或者线程就会被挂起。

九、参考

OS中阻塞与挂起的区别&sleep的实现原理
python协程系列（四）——同步/异步、并发/并行、线程/进程