阻塞（Blocking） 和 非阻塞（Non-blocking） 是描述程序在执行输入/输出（I/O）操作时，线程与操作之间的交互方式。它们的区别在于 线程是否会等待 I/O 操作完成，以及 程序是否会继续执行其他任务。

1. 阻塞（Blocking）

• 定义：在阻塞模式下，线程执行某个 I/O 操作时，如果操作无法立即完成（比如没有数据可以读取或无法写入），该线程会被阻塞，直到操作完成，才会继续执行后续代码。也就是说，线程会停下来等待 I/O 操作的结果。

• 行为：

  • 当一个线程执行 I/O 操作时，如果没有立即可用的数据或资源，线程就会被挂起（阻塞），直到数据准备好或 I/O 操作完成。
  • 这会导致程序的执行暂停，不能继续执行其他任务，直到当前 I/O 操作完成。

• 例子：

  • 传统的 InputStream.read() 或 OutputStream.write()，如果没有数据可读取，程序会一直阻塞，直到数据变得可用。
  • 同样，文件读写 和 网络通信 等操作，在阻塞模式下如果等待数据传输或文件操作，会导致线程阻塞。

• 优缺点：

  • 优点：
    • 编程模型简单，操作直观。
    • 没有复杂的线程管理和事件处理。
  • 缺点：
    • 对于 I/O 密集型应用，线程可能长时间等待，导致 CPU 使用率低，资源浪费。
    • 对并发处理不友好，每个阻塞操作可能会占用一个线程，导致线程池耗尽。

2. 非阻塞（Non-blocking）

• 定义：在非阻塞模式下，线程执行 I/O 操作时，如果操作无法立即完成（比如没有数据可读取），线程 不会被阻塞，而是立即返回。线程可以继续执行其他任务，直到 I/O 操作完成时，系统通过某种机制（例如回调、事件通知）告知线程操作已完成。

• 行为：

  • 在非阻塞模式下，线程发起 I/O 操作后，如果数据或资源不可用，它会立即返回，并不会等待操作完成。这意味着线程可以继续执行其他任务，而不需要在 I/O 操作上停顿。
  • 线程可以周期性地检查 I/O 操作是否完成，或者通过事件通知等机制来处理完成的 I/O 操作。

• 例子：

  • Java NIO 中的 SocketChannel 和 FileChannel，通过设置为非阻塞模式，执行 read() 或 write() 时，如果数据不可用，方法不会阻塞线程，而是返回一个特殊值（如 -1 或 0）表示当前没有可用数据，线程可以选择继续执行其他任务，或者再次检查数据。
  • 在 Node.js 中，I/O 操作是异步非阻塞的，操作完成时会触发回调函数。

• 优缺点：

  • 优点：
    • 适用于高并发环境，能够让线程在等待 I/O 操作时，去执行其他任务，避免了阻塞和资源浪费。
    • 提高了资源的使用效率，避免了线程被无用的 I/O 操作阻塞。
  • 缺点：
    • 编程模型相对复杂，需要事件驱动、回调机制或轮询检查来处理 I/O 操作的结果。
    • 需要额外的线程或机制来监控和处理操作结果，增加了编程的复杂性。

3. 阻塞与非阻塞的比较

特性	阻塞（Blocking）	非阻塞（Non-blocking）
操作行为	线程发起 I/O 操作后，会等待直到操作完成。	线程发起 I/O 操作后，如果操作无法立即完成，线程立即返回，不会阻塞。
线程状态	线程会被挂起，直到 I/O 操作完成。	线程不会被挂起，可以继续做其他事情。
适用场景	适用于并发性要求不高的场景，或 I/O 操作较少的程序。	适用于高并发 I/O 操作的场景，例如高性能服务器、实时应用。
编程复杂度	编程较简单，直接处理 I/O 操作结果。	编程复杂，需要使用事件驱动或轮询等方式来处理 I/O 操作的结果。
性能影响	线程可能会长时间阻塞，导致 CPU 利用率低。	更高效的资源使用，避免了 CPU 等待 I/O 操作。

4. 阻塞与非阻塞的典型应用

• 阻塞模式：

  • 文件读取：读取文件时，程序会阻塞直到文件完全读取。
  • 网络请求：传统的 HTTP 客户端请求，发送请求后等待响应。
  • 数据库查询：执行查询时，线程会等待数据库返回查询结果。

• 非阻塞模式：

  • NIO（New I/O）：Java NIO 提供了非阻塞 I/O 操作，允许在一个线程中处理多个 I/O 操作，例如 SocketChannel 或 FileChannel。
  • 事件驱动编程：如 Node.js，使用异步非阻塞 I/O 模型，能够处理高并发的网络请求，不会阻塞主线程。
  • 多线程或线程池模型：可以通过非阻塞 I/O 配合多个线程或事件循环，来实现高效的并发处理。

5. 阻塞与非阻塞的场景举例

• 阻塞模式的场景：
  • 单线程执行文件读写，等待文件内容被读取完毕。
  • 程序向数据库发送查询请求，等待查询结果返回。
  • 单线程 HTTP 客户端发送请求，等待服务器响应。
• 非阻塞模式的场景：
  • 高并发的 HTTP 服务器（例如，使用 Java NIO 或 Node.js），能同时处理多个请求，而不需要为每个请求等待。
  • 文件服务器在处理多个客户端请求时使用非阻塞模式，避免线程被 I/O 阻塞。
  • 实时游戏或视频流处理，需要避免因 I/O 操作而导致的延迟。