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何为异步？
我一直认为，编程和生活是想通的。编程的思想，必然可以从生活中找到相似的地方。前几天在麦当劳吃点餐时发现，这原来就是"异步"的一个小小体现：
点餐完毕之后，我从点餐队列转到等待队列，而前台柜员无需等我的食物送来即可以为下一位顾客点餐。
在这个案例里，异步方式充分地利用前台柜员（Program Interface），使其无需等待后厨（I/O）配餐的时间，快速地为每一个顾客（Operator）服务。可想而知，如果换成同步方式，效率必然降低许多。
"异步"（Asynchronous）这个词已经诞生很久，不过大规模使用我想应该是在Web2.0时期----伴随着Ajax技术的流行。
$.ajax({ url: "test.html", complete: function(){ console.log('Ajax done');}});console.log('In process');以上是一个jQuery的Ajax实例，执行以后会先输出'In process'，然后才是'Ajax done'。这大概是我们最早接触到的最简单的异步编程了。所以有人说最早习惯异步编程的一批程序员，可能就是前段工程师了。
然而异步确实是存在于底层系统的一个概念。异步通过底层系统的信号、消息机制已经有了很广泛的应用。只不过在高级编程语言里并不常见。
就拿"直肠子"PHP来说，它是彻头彻尾的同步编程，使用阻塞I/O来让每一次的数据调用都"即时"返回结果，来帮着这些结果数据可以被下一行代码立刻用到。这确实很符合大部分人的逻辑：我要什么，你给我什么，然后我用它来做些什么。（←大部分业务都是这样实现的。
然而随着云服务的崛起，分布式I/O的流行，阻塞I/O的缺点越来越明显，面对高并发会显得很无力。于是很多适合高并发的语言开始活跃起来，只不过有的强调多线程，比如Erlang、Go；有的依赖异步，比如Node.js
异步的优势
以下是个很常见的场景：
$res1 = getDate('from_db'); // 消费时间为M $res2 = getDate('from_api'); // 消费时间为N doSomething($res1, $res2);如果是用上述PHP风格的同步编程手段，最终消费时间为M+N。
如果改成异步, 那则会是max(M, N)。
var res1 = res2 = false; getData('from_db', function(res) {res1 = res; if(res1 && res2) doSomething(res1, res2); }); getData('from_api', function(res) {res2 = res; if(res1 && res2) doSomething(res1, res2); });随着业务的复杂性增加，异步的优势会更加明显。当然也可以看出，在不用使用类库框架时，异步编程的代码量明显比同步的多。
系统底层的异步实现
其实针对系统内核而言，系统I/O一般只分阻塞和非阻塞两种。
阻塞I/O可以用下图表示：
非阻塞I/O与阻塞I/O的差别在于：调用之后不需要等待，而是立刻返回。CPU的时间片可以用来处理其他事务。
由于立刻返回的并不是数据，而且调用的状态符，所以为了取的数据就需要用轮询重复调用I/O确认是否完成，所以非阻塞I/O的难点在于轮询依然消耗CPU时间片。
目前系统上所使用的轮询技术，一般有如下几种：
- read。 最原始、性能最低。重复调用检查I/O状态完成完整数据读取，在得到最终数据前，CPU一直耗在等待上。
- select。 read的改进版，通过文件描述符的事件状态判断，并且使用1024长度的数据来存储状态。
- poll。 select改进版，使用链表方式避免select的数组长度限制，但在文件描述符很多的时候，性能低下。
- epoll。 Linux下效率最高的I/O事件通知机制，在进入轮询是如果没有检测到I/O事件，就会进入休眠，直到事件发生将它唤醒，而不需要遍历查询，所以不需要浪费CPU。可以如下图表示：
尽管epoll已经利用了事件来降低CPU的消耗，但由于休眠期间CPU几乎是闲置的，降低了当前线程的CPU利用率，所以依然算不上理想中的异步I/O。
理想中的异步I/O
我们可以根据高级层面的应用实现来推测底层需求，描述理想中的异步I/O：应用程序发起非阻塞调用，无需通过遍历或者事件唤醒等轮询方式，可以直接处理下一个调用，只需等I/O完成后通过信号或回调讲数据传输给应用程序即可。可以如图表示：
其实linux存在这样的一种方式，原生提供异步I/O方式（AIO），但缺陷是：在存在Linux下，仅支持内核I/O中的O_DIRECT方式读取，导致不能利用缓存。
现实中的异步I/O
现实中的异步I/O实际上使用线程池的方法实现：让部分线程进行阻塞I/O或者非阻塞I/O加轮询技术来完成数据获取，让一个线程进行计算处理，通过线程通讯讲I/O得到的数据进行传递。表示如下：
在Node v0.9.3之前，Node自己就是用Marc Alexander Lehmann实现的异步I/O库：libeio。在这之后，Node自己通过线程池完成了异步I/O。
参考资源
《使用异步 I/O 大大提高应用程序的性能》
www.ibm.com/developerwo…
《linux AIO （异步IO） 那点事儿》
cnodejs.org/topic/4f164…
《深入浅出Node.js（五）：初探Node.js的异步I/O实现》
www.infoq.com/cn/articles…
