雖然我們生活在一個異步的世界裏，但對於多數編程初學者來說，異步還是很陌生。學習一門編程語言，通常都是從同步流程開始的，即順序、分支和循環。而異步流程是什麼呢——開始一個異步調用，然後……就沒有然後了。異步程序跑哪去了？
異步程序會以某種異步的形式在運行着，比如多線程、異步IO等，直到處理完成。那如果需要處理結果怎麼辦？給一個程序入口，讓它處理完當前過程之後，把處理結果送到這個入口，然後執行另一段程序——俗稱回調。回調一般使用 callback 這個名稱，不過有時候我更喜歡使用 next，因爲它代表着下一個處理步驟。
同步和異步的概念
現在我們接觸到了一些概念，比如同步和異步，它們是什麼？
這兩個概念並不來源於編程語言，而是來源於低層指令，甚至更低層的——電路。它們是基於時序的兩個概念，其中，“步”是指步調，所以同步表示相同的步調，而異步表示不同的步調。當然這兩個概念提升到程序這個級別的時候，精確的意思與時鐘無關，但所表示的意義仍然未變。
同步
舉個生活中的例子來說明這個問題——排除買票。售票廳開了一個窗口，有一隊人在排隊依次買票。這個隊伍中，前面一個人往前走了一步，後面的人才能往前走一步；前面的人在等待，後面的人就一定在等待。那麼在理想的情況下，所有人可以同時向前邁步。OK，大家步伐一致，稱爲同步。
這裏把售票窗口看作是處理器，每個人看作是等待執行的指令，買票這個動作就是在執行指令。它的特點是按步就班，如果一個人買票時間過長（指令執行時間過長），就會造成阻塞。
異步（多線程）
現在買票的人漸漸多起來，所以售票廳多開了幾個窗口同時售票。每個單獨的隊伍仍然保持着同步，但不同的隊伍之間，步伐不再一致，稱爲異步。A 隊列售票很順利，隊伍在有序快速的前進，但 B 隊列的某個顧客似乎在付費時遇到點麻煩，花了很長的時候，造成阻塞，但這對 A 隊列並不產生影響。
這時候的售票廳可以看作是在以多線程的方式運行着異步程序。從這個例子可以看到異步的兩個特點：其一，兩個異步流程之間相互獨立，它們相互不會阻塞（有個前提，不需要等待共享資源的情況下）；其二，異步程序內部仍然是同步的。
異步（IO）
上面的例子比較符合多線程異步的情況。那 IO 異步又是什麼樣呢？
年底了，M 在準備年終彙報的資料，這可是個緊張的工作（CPU），要收集不少數據來寫好些文案。爲了其中一份文案，M 需要車間的生產數據，但跑一趟車間（IO）可需要花不少時間，所以他讓 N 去車間收集數據，自己則繼續寫其它方案，同時等 N 把數據收集回來（啓動異步程序）。半天以後，N 帶回了數據（插入事件消息），M 繼續完成手上的文案（完成當前事件循環），之後使用 N 帶回來的數據開始撰寫關於車間的報告（新的事件循環）……
IO 的處理速度比 CPU 慢得多，所以 IO 異步讓 CPU 不必閒置着等待 IO 操作完成。當 IO 操作完成之後，CPU 會適地使用 IO 操作結果繼續工作。
同步邏輯和異步邏輯
回到程序上來，我們以一個函數的處理過程來描述同步和異步的處理方式。
同步邏輯
那麼，同步處理過程是：
接受輸入 ⇒ 處理 ⇒ 產生輸出
用一段僞代碼來描述就是
注：本文中的僞代碼比較接近 JavaScript 語法，而有時候爲了說明類型，採用了 TypeScript 的類型申明語法。
function func(input) {
do something with input
return output
}
這是標準的 IPO(Input-Process-Output) 處理。
異步邏輯
而異步呢，是：
接受輸入 ⇒ 處理 ⇒ 啓動下一步（如果有）
用僞代碼來描述就是：
function asyncFunc(input, next) {
do something with input
if (next is a entry) {
next(output)
}
}
這個過程稱爲 IPN(Input-Process-Next)。
注意到這裏的 Next，下一步，只有一步。這一步，囊括了後續的若干步驟。所以這一步，只能是後續若干步驟封裝出來一個模塊入口，或者說函數。
因此，模塊化思想在異步思維中是一個非常關鍵的思想。很多初學者寫代碼喜歡像記流水賬一樣一句句往下寫，動不動就是成百上千行的函數，這就是一種缺乏模塊化思想的表現。模塊化思想需要訓練，分析代碼的相關性，提煉函數，提取對象，在具有一定經驗之後還需要掌握模塊細化的粒度平衡。這不是一朝一夕之功，不過我推薦看看“設計模式”和“重構”相關的書籍。
異步開發工具（SDK和語法層面的）
承諾（Promise）
再想想上面關於年終彙報的例子，M 請 N 去車間收集數據的時候，N 會說：“好的，我很快就把數據帶回來”，這是一種承諾。基於這個承諾，M 才能安排後面撰寫關於車間的彙報材料。這個過程用僞代碼來描述就是
function collectData(): Promise {
// N 去收集數據，產生了一個承諾
return new Promise(resolve => {
collect data from workshop
// 這個承諾最終會帶來數據
resolve(data)
})
}
function writeWorkshopReport(data) {
write report with data
}
// 收集數據的承諾兌現之後，可將這個數據用於寫報告
collectData()
.then(data => writeWorkshopReport(data))
以 JavaScript 爲代表的一些語言 SDK 中使用了 Promise。不過 C# 中是採用的 Task 和 Task<T>，相應的，使用了 Task.ContinueWith 和 Task<T>.ContinueWith 來代替 Promise.then。
異步邏輯同步化
上面提到了同步思維和異步思維在一個處理步驟中的區別。如果跳出一個處理步驟，從更大範圍的處理流程來看，異步與同步其實也沒多大區別，都是 輸入-->處理-->產生輸出-->將輸出用於下一步驟，唯一要注意的是需要等待異步處理產生的輸出，我們可以稱之爲異步等待。由於我們可以一邊進行異步等待（async wait，簡寫 await），一邊做別的事情，所以這個等待並不產生阻塞。但是，由於聲明瞭這個等待，編譯器/解釋器會將後面的代碼自動放在等待完成之後調用，這讓異步代碼寫起來就像寫同步代碼一樣。
上面的例子使用異步等待的僞代碼會像這樣
async function collectData(): Promise {
collect data from workshop
// 多數語言會把 async 函數的返回值封裝成 Promise
return data
}
function writeWorkshopReport(data) {
write report with data
}
// await 只能用於聲明爲 async 的函數中
async function main() {
data = await collectData()
writeWorkshopReport(data)
}
// 定義了異步 main 函數，一定要記得調用，不然它是不會執行的
main()
像 C# 和 JavaScript 等語言都從語法層面規定了 await 必須用在聲明爲 async 的函數中，這就從編譯/解釋的層面限定了 await 的用途，只要使用了 await，那它所處的就一定是一個異步上下文。而 async 也要求編譯器/解釋器對其返回值進行一些自動處理，比如在 JavaScript 中，其返回值如果不是 Promise 對象，它會自動封裝成一個 Promise 對象；而在 C# 中，它會自動封裝成 Task 或 Task<T>（所以 async 方法的類型需要聲明爲 Task 或 Task<T>）。
注意，注意，注意
儘管語言服務在異步程序同步化方面已經做了很多工作，但是仍然避免不了一些人爲錯誤，比如忘記寫 await 關鍵字。在強類型語言中編譯器會檢查得嚴格一些，但如果是在 JavaScript 中，忘記寫 await 意味着原本應該取得一個值的語句，會取到一個 Promise。解釋器不會對此質疑，但程序運行的結果會不正確。
小結
總的來說，異步編程並不是特別困難的事情。使用 async/await 語言特性甚至可以用類似編寫同步代碼的方法來編寫異步代碼。但語法糖終究是糖，要想把異步編程掌握得更好，還是需要去了解和熟悉異步、回調、Promise、模塊化、設計模式、重構等概念。