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同步异步

news 2025/11/23 15:34:46

1 什么是同步

1.1 定义

1.2 特点

1.3 示例

1.4 优点

1.5 缺点

2 什么是异步

2.1 定义

2.2 特点

2.3 示例

2.4 优点

2.5 缺点

3 同步和异步的选择

3.1 什么时候使用同步：

3.2 什么时候使用异步：

4 举例对比

4.1 同步操作更好的场景

4.2 异步操作更好的场景

5 总结

1 什么是同步

1.1 定义

同步操作是指在调用一个方法或函数时，调用者必须等待这个方法或函数执行完成之后，才能继续执行后续代码。换句话说，调用是阻塞的，直到操作完成为止。

1.2 特点

调用者必须等待操作完成。
操作是顺序执行的，只有当前操作完成后，程序才会继续执行下一个操作。

1.3 示例

假设你要从数据库中获取一条数据并打印出来：

public void getDataAndPrint() {String data = getDataFromDatabase(); // 同步操作，必须等待数据获取完成System.out.println(data); // 获取到数据后才能执行这行代码
}

在这个示例中，程序会等待 getDataFromDatabase() 完成（例如，数据库查询完成）后，才会继续执行 System.out.println(data)。

1.4 优点

代码逻辑简单，容易理解和调试。
程序执行的顺序和操作的顺序一致，便于跟踪。

1.5 缺点

如果某个同步操作耗时较长，会导致整个程序的响应速度变慢，无法处理其他任务，容易出现“阻塞”现象。
在处理 I/O 操作（如网络请求、文件读取）时，等待时间长可能会影响用户体验。

2 什么是异步

2.1 定义

异步操作是指在调用一个方法或函数时，调用者不需要等待这个操作完成就可以继续执行后续代码。调用是非阻塞的，操作在后台执行，操作完成后通过回调或事件通知调用者。

2.2 特点

调用者无需等待操作完成，操作在后台执行。
操作完成后，结果会通过回调函数、事件通知或未来对象（如 Future、CompletableFuture）传递给调用者。

2.3 示例

假设你要异步从数据库中获取数据并在获取完成后打印：

public void getDataAndPrintAsync() {CompletableFuture.supplyAsync(() -> getDataFromDatabase()) // 异步操作.thenAccept(data -> System.out.println(data)); // 数据获取完成后执行System.out.println("Continue executing other code"); // 不等待数据获取，继续执行
}

在这个示例中，getDataFromDatabase() 在后台执行，System.out.println("Continue executing other code") 会立即执行，不需要等待数据库查询完成。当数据获取完成后，thenAccept 内的代码块才会执行。

2.4 优点

提高程序的响应速度：不需要等待耗时操作完成，程序可以继续执行其他任务。
更好地利用系统资源，特别是在 I/O 操作密集型的应用中，异步处理可以显著提高系统的吞吐量和效率。

2.5 缺点

代码逻辑复杂：异步代码通常涉及回调、事件处理或 Future 对象管理，理解和调试这些代码比同步代码困难。
由于操作是在后台执行，容易出现竞态条件（race condition），需要额外的同步机制来保证线程安全。

3 同步和异步的选择

3.1 什么时候使用同步：

操作耗时较短，且不影响程序整体性能时。
代码逻辑简单且不涉及大量 I/O 操作时。
需要按照严格的顺序执行一系列操作时。

3.2 什么时候使用异步：

操作耗时较长，特别是涉及 I/O 操作（如网络请求、文件读取、数据库访问）时。
需要并发处理多个任务，且希望在某些操作执行时继续处理其他任务时。
希望提高系统的响应速度和资源利用率时，特别是在用户交互密集的应用中。

4 举例对比

4.1 同步操作更好的场景

（1）场景：银行转账系统

在银行的转账系统中，转账操作通常涉及到从一个账户中扣款并将资金转入另一个账户。这两个操作必须按照严格的顺序执行，并且在整个过程中不允许有任何中断或并发操作导致数据不一致。因此，在这种场景下，同步操作是更好的选择。

（2）示例代码：

public class BankService {// 同步转账操作public synchronized void transfer(Account fromAccount, Account toAccount, double amount) {// 检查余额if (fromAccount.getBalance() >= amount) {// 从源账户扣款fromAccount.withdraw(amount);// 向目标账户存款toAccount.deposit(amount);System.out.println("转账成功：" + amount + " 从 " + fromAccount.getId() + " 到 " + toAccount.getId());} else {System.out.println("余额不足，转账失败。");}}
}class Account {private String id;private double balance;public Account(String id, double balance) {this.id = id;this.balance = balance;}public synchronized void withdraw(double amount) {balance -= amount;}public synchronized void deposit(double amount) {balance += amount;}public double getBalance() {return balance;}public String getId() {return id;}
}

（3）分析

同步操作的必要性：在转账过程中，如果操作不按顺序执行，可能会导致资金丢失或账户余额不一致的情况。因此，必须确保从账户中扣款和存入目标账户的操作是同步的。
同步的优势：同步操作确保了数据的一致性和完整性，在关键的金融交易中非常重要。

4.2 异步操作更好的场景

（1）场景：发送批量邮件

假设你管理一个电商平台，每当有新产品上架时，需要向成千上万的用户发送通知邮件。如果你采用同步操作，每次发送邮件都需要等待上一个邮件发送完成，这将导致整个过程耗时过长，且无法在邮件发送期间处理其他任务。在这种情况下，异步操作是更好的选择。

（2）示例代码

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;public class EmailService {// 异步发送邮件操作public void sendBatchEmails(List<String> emailAddresses, String subject, String content) {for (String email : emailAddresses) {// 异步发送每封邮件CompletableFuture.runAsync(() -> sendEmail(email, subject, content));}System.out.println("批量邮件发送任务已启动，正在后台处理中...");}// 模拟邮件发送private void sendEmail(String email, String subject, String content) {try {// 模拟邮件发送的耗时操作Thread.sleep(1000);System.out.println("邮件已发送到：" + email);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

（3）分析