“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。