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阻塞和非阻塞

“阻塞”和“非阻塞”主要是在说:当一个操作暂时无法完成时,调用者是停在那里等,还是立刻返回。

它经常出现在:

read() write() recv() send() accept() connect()

尤其是网络编程里。

一、阻塞是什么意思

阻塞就是:函数暂时做不了,就一直等,直到能做为止。

比如:

char buf[1024]; recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);

如果sockfd是阻塞 socket,并且现在没有数据可读,那么recv会卡住。

程序会停在这里:

recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0); // 没数据就不往下走

直到发生下面某种情况:

对端发来了数据

对端关闭连接

出错

被信号打断

设置了超时并超时

所以阻塞 I/O 的感觉是:

你要读数据? 现在没数据。 那你在这里等着。

二、 非阻塞是什么意思

非阻塞就是:函数暂时做不了,也不会等,而是马上返回。

同样是:

recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);

如果sockfd是非阻塞 socket,并且现在没有数据可读,那么recv不会卡住,而是返回:

-1

并设置:

errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK

意思是:

现在没数据,你之后再试。

所以非阻塞 I/O 的感觉是:

你要读数据? 现在没数据。 我不等,直接告诉你暂时不能读。

三、 一个直观比喻

阻塞:

你去奶茶店买奶茶。 店员说还没做好。 你站在柜台前一直等,什么都不干。 等做好后,拿到奶茶再走。

非阻塞:

你去奶茶店问好了没。 店员说还没好。 你马上离开,去做别的事。 过一会儿再来问。

在程序里,“站在那里等”就是线程被阻塞。

四、阻塞 read/recv 示例

char buf[1024]; ssize_t n = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0); std::cout << "recv returned\n";

如果fd是阻塞的,并且没有数据,那么:

std::cout << "recv returned\n";

这一行不会执行,直到recv返回。

也就是说,整个线程卡在recv上。

五、 非阻塞 recv 示例

先把 socket 设置成非阻塞:

#include <fcntl.h> #include <unistd.h> void set_nonblocking(int fd) { int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); }

然后:

char buf[1024]; ssize_t n = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0); if (n > 0) { // 读到了 n 字节 } else if (n == 0) { // 对端关闭连接 } else { if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { // 现在没数据,不是错误,之后再读 } else { // 真正的错误 } }

非阻塞 I/O 的核心就是要处理:

EAGAIN EWOULDBLOCK

它们表示“现在做不了,但不是致命错误”。

六、accept 的阻塞和非阻塞

accept用来接受新连接。

阻塞模式下:

int client_fd = accept(listen_fd, nullptr, nullptr);

如果没有客户端连接进来,程序就卡住。

非阻塞模式下:

int client_fd = accept(listen_fd, nullptr, nullptr);

如果暂时没有新连接,返回-1,并且:

errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK

所以非阻塞服务器里经常这样写:

while (true) { int client_fd = accept(listen_fd, nullptr, nullptr); if (client_fd >= 0) { set_nonblocking(client_fd); // 加入 epoll } else { if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { break; } // 其他错误 break; } }

这里的while很常见,尤其是epoll的边缘触发模式下。

七、 send/write 的阻塞和非阻塞

很多人以为send一定能立刻把数据发出去,其实不是。

阻塞 socket:

send(fd, data, len, 0);

如果内核发送缓冲区满了,send会卡住,直到缓冲区有空间。

非阻塞 socket:

ssize_t n = send(fd, data, len, 0);

如果发送缓冲区满了,它返回:

-1

并设置:

errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK

还有一个重要点:send可能只发送一部分。

比如你想发 10000 字节:

ssize_t n = send(fd, data, 10000, 0);

返回值可能是:

3000

意思是只发出去了 3000 字节,剩下 7000 字节要你之后继续发。

所以非阻塞网络程序里一般要有发送缓冲区:

struct Connection { int fd; std::string write_buffer; };

没发完的数据放进write_buffer,等下次EPOLLOUT再发。

八、connect 的阻塞和非阻塞

connect也有区别。

阻塞模式:

connect(fd, addr, len);

会一直等到连接成功或失败。

非阻塞模式下:

int ret = connect(fd, addr, len);

如果连接还在进行中,通常返回:

-1

并且:

errno == EINPROGRESS

意思是:

连接正在建立,还没完成。

这时你可以用epoll监听这个 fd 的可写事件:

EPOLLOUT

等它可写时,再用getsockopt检查是否连接成功。

九、阻塞的问题

阻塞本身不是坏事。

简单程序里,阻塞很好用:

while (true) { int client = accept(listen_fd, nullptr, nullptr); recv(client, buf, sizeof(buf), 0); send(client, response, response_len, 0); }

代码直观。

但高并发服务器里,阻塞会带来问题。

假设一个线程处理一个连接:

10000 个连接 = 10000 个线程

这会有:

线程创建成本高

上下文切换成本高

栈内存占用大

调度开销大

慢连接会占住线程

如果一个客户端一直不发数据,线程就一直卡在recv上。

十、非阻塞的问题

非阻塞也不是万能的。

如果你这么写:

while (true) { ssize_t n = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0); if (n < 0 && errno == EAGAIN) { continue; } }

这会疯狂空转,CPU 直接飙高。

因为没有数据时,你一直问:

有数据吗? 没有。 有数据吗? 没有。 有数据吗? 没有。

所以非阻塞 I/O 通常要配合:

select / poll / epoll

也就是:

没有事件时睡眠; 有事件时再尝试读写。

这就是epoll的作用。

十一、 epoll 和非阻塞的关系

epoll通常配合非阻塞 fd 使用。

典型流程:

把 socket 设为非阻塞 注册到 epoll epoll_wait 等事件 有 EPOLLIN 再 recv 读到 EAGAIN 停止 继续 epoll_wait

代码结构像这样:

while (true) { int n = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1); for (int i = 0; i < n; ++i) { int fd = events[i].data.fd; if (events[i].events & EPOLLIN) { while (true) { ssize_t ret = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0); if (ret > 0) { // 处理数据 } else if (ret == 0) { // 对端关闭 close(fd); break; } else { if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { break; } close(fd); break; } } } } }

这就是高性能网络编程里最经典的模式之一。

http://www.cnnetsun.cn/news/3878768.html

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