同步（阻塞）

调用一个操作，等待它完成后才继续执行。

response = http_get(url)   # 等待网络返回
print(response)            # 拿到结果才继续

优点：逻辑直观，顺序即执行顺序，易于理解和调试。

缺点：等待期间，线程被"占着"但不能干活。

为什么同步会慢

一个 Web 服务器处理请求时，大量时间在等待 I/O：

  • 数据库查询；
  • 调用外部 API；
  • 读写磁盘。

这些操作 CPU 几乎不参与，只是等待。

如果每个请求都要独占一个线程等待，那么 1000 个并发请求就需要 1000 个线程——线程的内存开销（每个线程有独立的栈，通常 MB 级）和上下文切换开销会很可观。

异步（非阻塞）

发起一个操作后不等待，继续做别的事；操作完成后通过回调/通知得到结果。

核心机制：

一、事件循环（Event Loop）

一个线程不断轮询：有哪些 I/O 操作完成了？完成了就处理对应的回调。

二、I/O 多路复用

操作系统提供的机制：select、poll、epoll（Linux）、kqueue（BSD/macOS）、IOCP（Windows）。

它们允许一个线程同时监视大量文件描述符（socket），当其中任何一个就绪时得到通知。

这是异步 I/O 的技术基础——不是"多线程同时等待"，而是"一个线程监视多个连接"。

三种写法

一、回调（Callback）

http.get(url, (err, response) => {
  // 完成后执行
});

问题：多层嵌套导致回调地狱（Callback Hell）——代码层层缩进，难以阅读和错误处理。

二、Promise / Future

fetch(url)
  .then(r => r.json())
  .then(data => console.log(data))
  .catch(err => console.error(err));

改进：链式调用替代嵌套，错误处理统一。

三、async / await

const data = await fetch(url).then(r => r.json());

效果：写法像同步代码，但底层是异步的。

这是目前最主流的写法——兼顾了可读性和性能。

注意：await 只是语法糖。它不阻塞线程，而是让出控制权给事件循环，等 Promise 完成后再恢复执行。

什么时候用异步

适合：I/O 密集型任务（网络请求、数据库访问、文件读写）。

不适合：CPU 密集型任务。

原因：异步模型是单线程（或少量线程）处理大量 I/O。如果任务是纯计算，异步没有收益——因为 CPU 一直在忙，没有等待可以"省"下来。

CPU 密集任务应该用：多进程、多线程、或原生的并行机制（如 Python 的 multiprocessing，或把计算交给专门的服务）。

一个经典陷阱

在异步代码中调用阻塞操作。

比如在 Node.js 的事件循环中执行一个同步的大计算，或者调用一个同步的文件读取——这会阻塞整个事件循环，导致所有其它请求都卡住。

原则：异步代码里，所有 I/O 都必须用异步版本。

并发 vs 并行

  • 并发（Concurrency）：同时处理多个任务（不一定同时执行，如事件循环交替处理）。
  • 并行（Parallelism）：同时执行多个任务（需要多核）。

异步 I/O 提供的是并发，不是并行。

说明：本文为编程模型的知识整理。