并发&I/O基本概念

同步与异步

进程和线程都是并发执行的，不同的进程之间，存在不同的相互制约关系。为了协调这种制约关系，引入了同步的概念。

系统计算1+2×3。假设有两个进程进行计算该公式，一个是加法进程，一个是乘法进程。如果要计算正确，要先执行乘法进程，然后执行加法进程。但是因为系统的异步性（并发、虚拟、异步、共享），若是不加以制约，无法保证乘法进程在加法进程之前执行的。所以要制定一些机制去约束加法进程，让他在乘法进程完成之后运行。

同步也称为直接制约关系，是指一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只有等待被依赖的任务完成后，依赖的任务才能算完成，这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功，失败都失败，两个任务的状态可以保持一致。

互斥也称为间接制约关系，当个一个进程进入临界区使用临界资源的时候，另一个进程必须等待，当占用临界资源的进程退出临界区之后，另一个进程才允许访问此临界资源

同时为了禁止两个进程同时进入临界区，同步机制因遵循一下的原则：

临界区：进程访问临界资源的代码，它同一时刻只能由一个进程执行，如java中的synchronized关键字在方法上，那临界区就是整个方法内部。而如果是使用synchronized代码块，那临界区就指的是代码块内部的区域。

生产者-消费者问题、读写者问题、哲学家就餐问题

异步是不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工作，依赖的任务也立即执行，只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务最终是否真正完成，依赖它的任务无法确定，所以它是不可靠的任务序列。

发短信，A发短信给B，发送给B即可，发送完之后，可以做其他的事情，短信来了，手机会提醒

阻塞和非阻塞是从CPU的消耗而言的。

阻塞：就是CPU停下来等待一个慢操作完成之后CPU再继续执行其他的事情

非阻塞： 在慢操作执行的时候，CPU会去执行其他的事情，等这个慢操作完成之后，CPU继续完成其后续事情

虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的提高 CPU 的利用率，但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的 CPU使用时间能不能补偿系统的切换成本需要好好评估。

这里主要是和I/O相关

排列组合之后，共四种情况：同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞

组合方式	性能
同步阻塞	最常用的一种用法，使用也是最简单的，但是 I/O 性能一般很差，CPU 大部分在空闲状态。(BIO)
同步非阻塞	提升 I/O 性能的常用手段，就是将 I/O 的阻塞改成非阻塞方式，尤其在网络 I/O 是长连接，同时传输数据也不是很多的情况下，提升性能非常有效。这种方式通常能提升 I/O 性能，但是会增加 CPU 消耗，要考虑增加的 I/O 性能能不能补偿 CPU 的消耗，也就是系统的瓶颈是在 I/O 还是在 CPU 上。(NIO)
异步阻塞	这种方式在分布式数据库中经常用到，例如在网一个分布式数据库中写一条记录，通常会有一份是同步阻塞的记录，而还有两至三份是备份记录会写到其它机器上，这些备份记录通常都是采用异步阻塞的方式写 I/O。异步阻塞对网络 I/O 能够提升效率，尤其像上面这种同时写多份相同数据的情况。
异步非阻塞	这种组合方式用起来比较复杂，只有在一些非常复杂的分布式情况下使用，像集群之间的消息同步机制一般用这种 I/O 组合方式。如 Cassandra 的 Gossip 通信机制就是采用异步非阻塞的方式。它适合同时要传多份相同的数据到集群中不同的机器，同时数据的传输量虽然不大，但是却非常频繁。这种网络 I/O 用这个方式性能能达到最高。(AIO)

虽然异步和非阻塞能够提升 I/O 的性能，但是也会带来一些额外的性能成本，例如会增加线程数量从而增加 CPU 的消耗，同时也会导致程序设计的复杂度上升。如果设计的不合理的话反而会导致性能下降。在实际设计时要根据应用场景综合评估一下。