IO多路复用：兼顾效率与性能，优化网络通信新选择

2023-09-30 10:20:46

IO多路复用简介

IO多路复用是一种同步IO模型，它可以让一个线程同时监听多个IO事件。当有一个或多个IO事件就绪时，它就会通知线程，然后线程再对就绪的IO事件进行处理。如果没有就绪的IO事件，它就会阻塞交出CPU，从而减少CPU的空转时间，提高系统的性能。

IO多路复用通常用于处理网络请求，因为网络请求的特点是并发性高，即同一时刻会有多个客户端同时向服务器发送请求。使用IO多路复用可以避免线程池中创建大量线程来处理网络请求，从而减少系统的开销，提高程序的性能。

IO多路复用的实现机制

IO多路复用的实现机制主要有三种：select、poll和epoll。这三种机制都是通过调用内核提供的系统调用来实现的，但它们在实现细节上有一些不同。

select

select是IO多路复用的最早实现，它使用一个select()系统调用来监听多个IO事件。select()系统调用会把要监听的文件符集合和要监听的事件集合作为参数传入，然后一直阻塞等待，直到有文件符就绪或者有信号通知它。当有文件描述符就绪时，select()系统调用会把就绪的文件描述符集合作为返回值返回，然后程序就可以对这些文件描述符进行相应的读写操作。

select()系统调用的一个缺点是它不能监听信号，因此如果程序需要监听信号，就需要使用其他的方法，例如使用sigaction()系统调用。

poll

poll是select的改进版，它使用一个poll()系统调用来监听多个IO事件。poll()系统调用与select()系统调用类似，但是它可以监听信号，并且它可以同时监听多个文件描述符集合。这使得它比select()系统调用更加灵活。

epoll

epoll是Linux系统中IO多路复用的推荐实现。它使用一个epoll_create()系统调用来创建一个epoll实例，然后使用epoll_ctl()系统调用来向epoll实例中添加或删除要监听的文件描述符。当有文件描述符就绪时，epoll_wait()系统调用会把就绪的文件描述符集合作为返回值返回，然后程序就可以对这些文件描述符进行相应的读写操作。

epoll与select和poll的主要区别在于它使用了一个事件表来存储要监听的文件描述符，这使得它可以更高效地处理大量的文件描述符。此外，epoll还支持边缘触发和水平触发两种触发方式，这使得它可以更加灵活地处理IO事件。

IO多路复用的优缺点

IO多路复用是一种非常高效的IO处理机制，它可以大大提高程序处理网络请求的能力。但是，IO多路复用也有一些缺点。

优点

高效：IO多路复用可以同时监听多个IO事件，当有一个或多个IO事件就绪时，它就会通知线程，然后线程再对就绪的IO事件进行处理。这种机制可以大大减少线程池中创建的大量线程来处理网络请求，从而减少系统的开销，提高程序的性能。
可扩展性强：IO多路复用可以同时监听大量的文件描述符，因此它非常适合于处理并发性高的网络请求。
跨平台性：IO多路复用可以在不同的操作系统上实现，因此它可以移植到不同的平台上。

缺点

编程复杂度高：IO多路复用的编程复杂度比传统的IO模型更高，因为程序需要自己处理IO事件的监听和处理。
需要内核支持：IO多路复用需要内核的支持，因此它只能在支持IO多路复用的操作系统上使用。

IO多路复用在实际开发中的应用

IO多路复用在实际开发中有广泛的应用，例如：

Web服务器：Web服务器是IO多路复用的典型应用，它需要同时监听多个客户端的HTTP请求，然后对这些请求进行处理。IO多路复用可以大大提高Web服务器处理HTTP请求的能力。
数据库服务器：数据库服务器也是IO多路复用的典型应用，它需要同时监听多个客户端的数据库请求，然后对这些请求进行处理。IO多路复用可以大大提高数据库服务器处理数据库请求的能力。
游戏服务器：游戏服务器也是IO多路复用的典型应用，它需要同时监听多个玩家的游戏请求，然后对这些请求进行处理。IO多路复用可以大大提高游戏服务器处理游戏请求的能力。