共计 5019 个字符，预计需要花费 13 分钟才能阅读完成。
为了讲多路复用，当然还是要跟风，采纳鞭尸的思路，先讲讲传统的网络 IO 的弊病，用拉踩的形式捧起多路复用 IO 的劣势。
为了不便了解，以下所有代码都是伪代码，晓得其表白的意思即可。
Let’s go
阻塞 IO
服务端为了解决客户端的连贯和申请的数据，写了如下代码。
listenfd = socket(); // 关上一个网络通信端口
bind(listenfd); // 绑定
listen(listenfd); // 监听
while(1) {connfd = accept(listenfd); // 阻塞建设连贯
int n = read(connfd, buf); // 阻塞读数据
doSomeThing(buf); // 利用读到的数据做些什么
close(connfd); // 敞开连贯，循环期待下一个连贯
}这段代码会执行得磕磕绊绊，就像这样。
能够看到，服务端的线程阻塞在了两个中央，一个是 accept 函数，一个是 read 函数。
如果再把 read 函数的细节开展，咱们会发现其阻塞在了两个阶段。
这就是传统的阻塞 IO。
整体流程如下图。
所以，如果这个连贯的客户端始终不发数据，那么服务端线程将会始终阻塞在 read 函数上不返回，也无奈承受其余客户端连贯。
这必定是不行的。
非阻塞 IO
==============
为了解决下面的问题，其关键在于革新这个 read 函数。
有一种聪慧的方法是，每次都创立一个新的过程或线程，去调用 read 函数，并做业务解决。
while(1) {connfd = accept(listenfd); // 阻塞建设连贯
pthread_create（doWork); // 创立一个新的线程
}
void doWork() {int n = read(connfd, buf); // 阻塞读数据
doSomeThing(buf); // 利用读到的数据做些什么
close(connfd); // 敞开连贯，循环期待下一个连贯
}这样，当给一个客户端建设好连贯后，就能够立即期待新的客户端连贯，而不必阻塞在原客户端的 read 申请上。
不过，这不叫非阻塞 IO，只不过用了多线程的伎俩使得主线程没有卡在 read 函数上不往下走罢了。操作系统为咱们提供的 read 函数依然是阻塞的。
所以真正的非阻塞 IO，不能是通过咱们用户层的小把戏， 而是要恳请操作系统为咱们提供一个非阻塞的 read 函数 。
这个 read 函数的成果是，如果没有数据达到时（达到网卡并拷贝到了内核缓冲区），立即返回一个谬误值（-1），而不是阻塞地期待。
操作系统提供了这样的性能，只须要在调用 read 前，将文件描述符设置为非阻塞即可。
fcntl(connfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
int n = read(connfd, buffer) != SUCCESS);这样，就须要用户线程循环调用 read，直到返回值不为 -1，再开始解决业务。
这里咱们留神到一个细节。
非阻塞的 read，指的是在数据达到前，即数据还未达到网卡，或者达到网卡但还没有拷贝到内核缓冲区之前，这个阶段是非阻塞的。
当数据已达到内核缓冲区，此时调用 read 函数依然是阻塞的，须要期待数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，能力返回。
整体流程如下图
IO 多路复用
===============
为每个客户端创立一个线程，服务器端的线程资源很容易被耗光。
当然还有个聪慧的方法，咱们能够每 accept 一个客户端连贯后，将这个文件描述符（connfd）放到一个数组里。
fdlist.add(connfd);而后弄一个新的线程去一直遍历这个数组，调用每一个元素的非阻塞 read 办法。
while(1) {for(fd <-- fdlist) {if(read(fd) != -1) {doSomeThing();
}
}
}
这样，咱们就胜利用一个线程解决了多个客户端连贯。
你是不是感觉这有些多路复用的意思？
但这和咱们用多线程去将阻塞 IO 革新成看起来是非阻塞 IO 一样，这种遍历形式也只是咱们用户本人想出的小把戏，每次遍历遇到 read 返回 -1 时依然是一次浪费资源的零碎调用。
在 while 循环里做零碎调用，就好比你做分布式我的项目时在 while 里做 rpc 申请一样，是不划算的。
所以，还是得恳请操作系统老大，提供给咱们一个有这样成果的函数，咱们将一批文件描述符通过一次零碎调用传给内核，由内核层去遍历，能力真正解决这个问题。
select
select 是操作系统提供的零碎调用函数，通过它，咱们能够把一个文件描述符的数组发给操作系统，让操作系统去遍历，确定哪个文件描述符能够读写，而后通知咱们去解决：
select 零碎调用的函数定义如下。
int select(
int nfds,
fd_set *readfds,
fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds,
struct timeval *timeout);
// nfds: 监控的文件描述符集里最大文件描述符加 1
// readfds：监控有读数据达到文件描述符汇合，传入传出参数
// writefds：监控写数据达到文件描述符汇合，传入传出参数
// exceptfds：监控异样产生达文件描述符汇合, 传入传出参数
// timeout：定时阻塞监控工夫，3 种状况
// 1.NULL，永远等上来
// 2. 设置 timeval，期待固定工夫
// 3. 设置 timeval 里工夫均为 0，查看形容字后立刻返回，轮询 服务端代码，这样来写。
首先一个线程一直承受客户端连贯，并把 socket 文件描述符放到一个 list 里。
while(1) {connfd = accept(listenfd);
fcntl(connfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
fdlist.add(connfd);
}而后，另一个线程不再本人遍历，而是调用 select，将这批文件描述符 list 交给操作系统去遍历。
while(1) {
// 把一堆文件描述符 list 传给 select 函数
// 有已就绪的文件描述符就返回，nready 示意有多少个就绪的
nready = select(list);
...
}不过，当 select 函数返回后，用户仍然须要遍历刚刚提交给操作系统的 list。
只不过，操作系统会将准备就绪的文件描述符做上标识，用户层将不会再有无意义的零碎调用开销。
while(1) {nready = select(list);
// 用户层仍然要遍历，只不过少了很多有效的零碎调用
for(fd <-- fdlist) {if(fd != -1) {
// 只读已就绪的文件描述符
read(fd, buf);
// 总共只有 nready 个已就绪描述符，不必过多遍历
if(--nready == 0) break;
}
}
}正如刚刚的动图中所形容的，其直观成果如下。（同一个动图耗费了你两次流量，气不气？）
能够看出几个细节：
1. select 调用须要传入 fd 数组，须要拷贝一份到内核，高并发场景下这样的拷贝耗费的资源是惊人的。（可优化为不复制）
2. select 在内核层依然是通过遍历的形式查看文件描述符的就绪状态，是个同步过程，只不过无零碎调用切换上下文的开销。（内核层可优化为异步事件告诉）
3. select 仅仅返回可读文件描述符的个数，具体哪个可读还是要用户本人遍历。（可优化为只返回给用户就绪的文件描述符，无需用户做有效的遍历）
整个 select 的流程图如下。
能够看到，这种形式，既做到了一个线程解决多个客户端连贯（文件描述符），又缩小了零碎调用的开销（多个文件描述符只有一次 select 的零碎调用 + n 次就绪状态的文件描述符的 read 零碎调用）。
poll
poll 也是操作系统提供的零碎调用函数。
int poll(struct pollfd *fds, nfds_tnfds, int timeout);
struct pollfd {
intfd; /* 文件描述符 */
shortevents; /* 监控的事件 */
shortrevents; /* 监控事件中满足条件返回的事件 */
};
它和 select 的次要区别就是，去掉了 select 只能监听 1024 个文件描述符的限度。
epoll
epoll 是最终的大 boss，它解决了 select 和 poll 的一些问题。
还记得下面说的 select 的三个细节么？
1. select 调用须要传入 fd 数组，须要拷贝一份到内核，高并发场景下这样的拷贝耗费的资源是惊人的。（可优化为不复制）
2. select 在内核层依然是通过遍历的形式查看文件描述符的就绪状态，是个同步过程，只不过无零碎调用切换上下文的开销。（内核层可优化为异步事件告诉）
3. select 仅仅返回可读文件描述符的个数，具体哪个可读还是要用户本人遍历。（可优化为只返回给用户就绪的文件描述符，无需用户做有效的遍历）
所以 epoll 次要就是针对这三点进行了改良。
1. 内核中保留一份文件描述符汇合，无需用户每次都从新传入，只需通知内核批改的局部即可。
2. 内核不再通过轮询的形式找到就绪的文件描述符，而是通过异步 IO 事件唤醒。
3. 内核仅会将有 IO 事件的文件描述符返回给用户，用户也无需遍历整个文件描述符汇合。
具体，操作系统提供了这三个函数。
第一步，创立一个 epoll 句柄
int epoll_create(int size);第二步，向内核增加、批改或删除要监控的文件描述符。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);第三步，相似发动了 select() 调用
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int max events, int timeout);
应用起来，其外部原理就像如下个别丝滑。
如果你想持续深刻理解 epoll 的底层原理，举荐浏览飞哥的《图解 | 深刻揭秘 epoll 是如何实现 IO 多路复用的！》，从 linux 源码级别，一行一行十分硬核地解读 epoll 的实现原理，且配有大量不便了解的图片，非常适合源码控的小伙伴浏览。
后记
大白话总结一下。
所有的开始，都起源于这个 read 函数是操作系统提供的，而且是阻塞的，咱们叫它 阻塞 IO。
为了破这个局，程序员在用户态通过多线程来避免主线程卡死。
起初操作系统发现这个需要比拟大，于是在操作系统层面提供了非阻塞的 read 函数，这样程序员就能够在一个线程内实现多个文件描述符的读取，这就是 非阻塞 IO。
但多个文件描述符的读取就须要遍历，当高并发场景越来越多时，用户态遍历的文件描述符也越来越多，相当于在 while 循环里进行了越来越多的零碎调用。
起初操作系统又发现这个场景需求量较大，于是又在操作系统层面提供了这样的遍历文件描述符的机制，这就是 IO 多路复用 。
多路复用有三个函数，最开始是 select，而后又创造了 poll 解决了 select 文件描述符的限度，而后又创造了 epoll 解决 select 的三个有余。
所以，IO 模型的演进，其实就是时代的变动，倒逼着操作系统将更多的性能加到本人的内核而已。
如果你建设了这样的思维，很容易发现网上的一些谬误。
比方好多文章说，多路复用之所以效率高，是因为用一个线程就能够监控多个文件描述符。
这显然是知其然而不知其所以然，多路复用产生的成果，齐全能够由用户态去遍历文件描述符并调用其非阻塞的 read 函数实现。而多路复用快的起因在于，操作系统提供了这样的零碎调用，使得原来的 while 循环里屡次零碎调用，变成了一次零碎调用 + 内核层遍历这些文件描述符。
就好比咱们平时写业务代码，把原来 while 循环里调 http 接口进行批量，改成了让对方提供一个批量增加的 http 接口，而后咱们一次 rpc 申请就实现了批量增加。
一个情理。
找工夫我再专门写一篇，讲讲这块网络上泥沙俱下的花式谬误了解。
低并发编程
策略上蔑视技术，战术上器重技术
59 篇原创内容
公众号
