从刚开始编写程序开始，就知道我们写的程序，最终会变成计算机能识别的指令，一个一个的被得到执行。但是假如我们有多个任务，就需要按照顺序，一个接一个的进行执行，假设我们当前任务前面，有一个非常耗时的任务，那么将会大大增加我们的等待时间。 这样的执行方式，就是同步执行

同步执行与批处理操作系统

在上个世纪50年代的批处理操作系统中，采用的就是这样的执行任务方式。计算机能够成批的一个接一个的进行自己的任务处理。但是这样的问题前面已经说的很清楚，排在后面的任务并不能被快速的进行执行，即使排在后面的任务不需要进行复杂的计算工作。而且对于一些特殊的不需要消耗CPU的工作，例如I/O，也会导致CPU在盲目的进行等待，这样就大大的降低了程序的工作效率。

异步与多道程序

为了解决批处理操作系统的缺陷，于是出现了多道程序系统，这种操作系统最大的特点与进步，就在于大大改进了在不需要CPU的任务中的操作效率。例如现在A程序，需要从磁盘中进行数据读取操作。这是一个非常耗时的操作，然而却并不需要CPU的运算能力进行参与。那么此时A完全可以将CPU的控制权解放出去，交给其他的任务，例如B（需要CPU进行运算），那么B只需要在A进行I/O等待的时候，就能完成自己的任务。当B完成之后，再回到A的还原点，就能继续执行A任务。这样的在A进行，但却没有结束，B也得到执行的方式，就是异步执行。最早在多道程序操作系统中得到体现。

多线程与分时操作系统

多道程序操作系统大大改进了I/O操作任务的执行效率。但是现在假设A任务，并不是一个能解放CPU的任务，而是一个复杂的计算密集型任务，CPU必须大量投入其中，无暇估计其他，那么在多道程序系统中，B任务即使非常简单，只需要计算1+1等于多少，也不得不排在先来的A任务之后。为了解决这一问题。人们设计出了分时操作系统。 分时操作系统最大的特点就是CPU时间片轮换，将CPU的执行时间分成很多很多的小碎片，给每一个任务都进行分配相等的时间片，如果任务执行完成，那么将不会再得到时间片，如果在时间片之内没有完成任务，也只能先对当前任务状态进行保存，等到下一次分配到时间片的时候，再继续执行。 CPU的时间片可以等价于CPU使用权。 这样执行方式，无疑会大大的降低CPU的运行效率，因为时间片轮换是非常损耗性能的，那么为什么还要这样设计呢？ 前面提到，假设A任务非常耗时，而B任务却很简单，我们自然不希望B任务等待那么久的时间。所以在A任务执行一会的时候，CPU抽出身来，执行一下B任务，就能让等待B任务的人很快就得到结果，同时也给人一种错觉，好像CPU就专为我一个人服务的样子。但我们都知道，CPU是个渣男无疑。

线程

为了更优雅的利用CPU，人们发明了线程这一概念，每一个线程，都可以看作一个任务（线程与进程的区别这里不再提及），通过多线程，CPU就能为多个线程都分配时间片，让每一个线程任务都能得到执行。有了这一强大的工具，我们就能在写程序的时候，轻松的进行异步执行。然而，多线程离不开操作系统的支持，无论我们是C++还是Java，亦或者是.NET，其中都有线程的概念，但他们的底层，都一定是调用了操作系统提供的多线程相关的API。

多线程与异步

通过上文的介绍，想必大家已经知道，多线程与异步的关系了。多线程其实是异步的一种具体的实现方式。而异步，其实是一种程序执行的方式。异步并不一定是需要多线程的。例如JavaScript，由于他肩负着重要的任务，例如与用户互动，操作DOM，注定了它只能是单线程的（否则会带来非常麻烦的资源共享问题）。然而，我们打开一个网站，里面可能有成千上万个JavaScrpit任务，然而网站却非常流畅，用户根本没有卡顿的感觉。除了Google的V8引擎在性能上的加持外，浏览器中绝大多数耗时任务，都是来自于网络I/O，自然不需要等待这些任务。笔者曾经试图在浏览器环境下，加载一个CAD文件，并转换成可视化的图像，很显然这是一个非常需要性能的任务。不意外的，在加载过程中，整个窗口都失去了响应，这就是因为JavaScrpit只有一个单线程。

计算密集型任务与I/O密集型任务

上文中举到的例子，可以总结为两类，一种是计算密集型，意味着需要大量CPU进行参与，消耗CPU算力。另一种就是I/O密集型任务，意味着不需要CPU大量参与，在进行I/O操作时，CPU处于空闲状态。 对于不同的任务，我们编程的处理方式也就不同。 计算密集型任务，由于CPU任务负担非常中，我们不希望编程语言的执行速率进行影响和拖累，因为这是非常不划算的。所以对于这类任务，尽可能的选择高效率的执行语言，例如C/C++，甚至直接用汇编进行编写。 而I/O密集型任务，程序语言的执行效率反而不是重点，因为你的程序可能用了0.1秒才执行到了需要I/O等待的地方，I/O操作却可能需要五六秒的时间，想必之下，程序的执行效率就显得不重要了，而重要的是如何优雅的将我们的程序编写为异步程序，提高开发的效率。 例如在Web服务器开发中，绝大多数任务都是对数据库的操作，这是非常耗时且典型的I/O操作。所以我们一般都会选择编写容易，对异步执行友好的语言，例如.NET Java Python等等，而单线程的JavaScrpit也完全能胜任这个任务，甚至能比其他一些语言做的更好。而假如我们确实有对复杂计算的需求，为了保证程序的开发效率，我们也可以将这样的复杂计算任务，做成RPC的方式，让其他主机，例如拥有32核64线程的超级服务器（笑），去完成计算任务。而在我们本地的开发中，只需要将这个任务当作是一个从网络取会运算结果的I/O操作就可以了。这样的系统架构，既能保证我们开发效率，也能轻松的完成复杂的计算任务，不让计算任务影响我们服务器的吞吐量。