一、前言
异步是一种程序设计的思想，使用异步模式设计的程序可以显著减少线程等待，从而在高吞吐量的场景中，极大提升系统的整体性能，显著降低时延。因此，像消息队列这种需要超高吞吐量和超低时延的中间件系统，其核心流程中，一定会大量采用异步的设计思想。
二、异步设计如何提升系统性能？
假设我们要实现一个转账的微服务 Transfer( accountFrom, accountTo, amount)，这个服务有三个参数：分别是转出账户、转入账户和转账金额。
1. 同步实现的性能瓶颈
首先从 accountFrom 的账户中减去相应的钱数，再把减去的钱数加到 accountTo 的账户中，这种同步实现是一种很自然方式，简单直接。那么性能表现如何呢？接下来我们就来一起分析一下性能。
假设微服务 Add 的平均响应时延是 50ms，计算出我们实现的微服务 Transfer 的平均响应时延大约等于执行 2 次 Add 的时延，也就是 100ms。那随着调用 Transfer 服务的请求越来越多，会出现什么情况呢？在这种实现中，每处理一个请求需要耗时 100ms，并在这 100ms 过程中是需要独占一个线程的，那么可以得出这样一个结论：每个线程每秒钟最多可以处理 10 个请求。我们知道，每台计算机上的线程资源并不是无限的，假设我们使用的服务器同时打开的线程数量上限是 10,000，可以计算出这台服务器每秒钟可以处理的请求上限是： 10,000 （个线程）* 10（次请求每秒） = 100,000 次每秒。
如果请求速度超过这个值，那么请求就不能被马上处理，只能阻塞或者排队，这时候 Transfer 服务的响应时延由 100ms 延长到了：排队的等待时延 + 处理时延 (100ms)。也就是说，在大量请求的情况下，我们的微服务的平均响应时延变长了。这是不是已经到了这台服务器所能承受的极限了呢？其实远远没有，如果我们监测一下服务器的各项指标，会发现无论是 CPU、内存，还是网卡流量或者是磁盘的 IO 都空闲的很，那我们 Transfer 服务中的那 10,000 个线程在干什么呢？对，绝大部分线程都在等待 Add 服务返回结果。
所以，采用同步实现的方式，整个服务器的所有线程大部分时间都没有在工作，而是都在等待。如果我们能减少或者避免这种无意义的等待，就可以大幅提升服务的吞吐能力，从而提升服务的总体性能。
2. 采用异步实现解决等待问题
异步的实现过程相对于同步来说，稍微有些复杂。我们先定义 2 个回调方法：
- OnDebit()：扣减账户 accountFrom 完成后调用的回调方法；
- OnAllDone()：转入账户 accountTo 完成后调用的回调方法。
整个异步实现的语义相当于：
1、异步从 accountFrom 的账户中减去相应的钱数，然后调用 OnDebit 方法；
2、在 OnDebit 方法中，异步把减去的钱数加到 accountTo 的账户中，然后执行 OnAllDone 方法；
3、在 OnAllDone 方法中，调用 OnComplete 方法。
异步化实现后，整个流程的时序和同步实现是完全一样的，区别只是在线程模型上由同步顺序调用改为了异步调用和回调的机制。
接下来我们分析一下异步实现的性能，由于流程的时序和同步实现是一样，在低请求数量的场景下，平均响应时延一样是 100ms。在超高请求数量场景下，异步的实现不再需要线程等待执行结果，只需要个位数量的线程，即可实现同步场景大量线程一样的吞吐量。由于没有了线程的数量的限制，总体吞吐量上限会大大超过同步实现，并且在服务器 CPU、网络带宽资源达到极限之前，响应时延不会随着请求数量增加而显著升高，几乎可以一直保持约 100ms 的平均响应时延。
三、总结
异步思想就是：当我们要执行一项比较耗时的操作时，不去等待操作结束，而是给这个操作一个命令：“当操作完成后，接下来去执行什么。”
使用异步编程模型，虽然并不能加快程序本身的速度，但可以减少或者避免线程等待，只用很少的线程就可以达到超高的吞吐能力。
同时我们也需要注意到异步模型的问题：相比于同步实现，异步实现的复杂度要大很多，代码的可读性和可维护性都会显著的下降。虽然使用一些异步编程框架会在一定程度上简化异步开发，但是并不能解决异步模型高复杂度的问题。
异步性能虽好，但一定不要滥用，只有类似在像消息队列这种业务逻辑简单并且需要超高吞吐量的场景下，或者必须长时间等待资源的地方，才考虑使用异步模型。如果系统的业务逻辑比较复杂，在性能足够满足业务需求的情况下，采用符合人类自然的思路且易于开发和维护的同步模型是更加明智的选择。