6种epoll的设计，让你吊打面试官，而且他不能还嘴

相比select模型，poll使用链表保存文件描述符，因此没有了监视文件数量的限制，但其他三个缺点依然存在。

拿select模型为例，假设我们的服务器需要支持100万的并发连接，则在__FD_SETSIZE 为1024的情况下，则我们至少需要开辟1k个进程才能实现100万的并发连接。除了进程间上下文切换的时间消耗外，从内核/用户空间大量的无脑内存拷贝、数组轮询等，是系统难以承受的。因此，基于select模型的服务器程序，要达到10万级别的并发访问，是一个很难完成的任务。

因此，该epoll上场了。

epoll IO多路复用模型实现机制

==================

由于epoll的实现机制与select/poll机制完全不同，上面所说的 select的缺点在epoll上不复存在。

设想一下如下场景：有100万个客户端同时与一个服务器进程保持着TCP连接。而每一时刻，通常只有几百上千个TCP连接是活跃的(事实上大部分场景都是这种情况)。如何实现这样的高并发？

在select/poll时代，服务器进程每次都把这100万个连接告诉操作系统(从用户态复制句柄数据结构到内核态)，让操作系统内核去查询这些套接字上是否有事件发生，轮询完后，再将句柄数据复制到用户态，让服务器应用程序轮询处理已发生的网络事件，这一过程资源消耗较大，因此，select/poll一般只能处理几千的并发连接。

epoll的设计和实现与select完全不同。epoll通过在Linux内核中申请一个简易的文件系统(文件系统一般用什么数据结构实现？B+树)。把原先的select/poll调用分成了3个部分：

1）调用epoll_create()建立一个epoll对象(在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源)

2）调用epoll_ctl向epoll对象中添加这100万个连接的套接字

3）调用epoll_wait收集发生的事件的连接

如此一来，要实现上面说是的场景，只需要在进程启动时建立一个epoll对象，然后在需要的时候向这个epoll对象中添加或者删除连接。同时，epoll_wait的效率也非常高，因为调用epoll_wait时，并没有一股脑的向操作系统复制这100万个连接的句柄数据，内核也不需要去遍历全部的连接。

Epoll 很重要，但是 Epoll 与 Select 的区别是什么呢?Epoll 高效的原因是什么?

从网卡接收数据说起

下边是一个典型的计算机结构图，计算机由 CPU、存储器(内存)与网络接口等部件组成，了解 Epoll 本质的第一步，要从硬件的角度看计算机怎样接收网络数据。

计算机结构图(图片来源：Linux 内核完全注释之微型计算机组成结构)

下图展示了网卡接收数据的过程：

• 在 1 阶段，网卡收到网线传来的数据。

• 经过 2 阶段的硬件电路的传输。

• 最终 3 阶段将数据写入到内存中的某个地址上。

这个过程涉及到 DMA 传输、IO 通路选择等硬件有关的知识，但我们只需知道：网卡会把接收到的数据写入内存。

网卡接收数据的过程

通过硬件传输，网卡接收的数据存放到内存中，操作系统就可以去读取它们。

如何知道接收了数据?

了解 Epoll 本质的第二步，要从 CPU 的角度来看数据接收。理解这个问题，要先了解一个概念：中断。

计算机执行程序时，会有优先级的需求。比如，当计算机收到断电信号时，它应立即去保存数据，保存数据的程序具有较高的优先级(电容可以保存少许电量，供 CPU 运行很短的一小段时间)。

一般而言，由硬件产生的信号需要 CPU 立马做出回应，不然数据可能就丢失了，所以它的优先级很高。

CPU 理应中断掉正在执行的程序，去做出响应;当 CPU 完成对硬件的响应后，再重新执行用户程序。

中断的过程如下图，它和函数调用差不多，只不过函数调用是事先定好位置，而中断的位置由“信号”决定。

中断程序调用

以键盘为例，当用户按下键盘某个按键时，键盘会给 CPU 的中断引脚发出一个高电平，CPU 能够捕获这个信号，然后执行键盘中断程序。

下图展示了各种硬件通过中断与 CPU 交互的过程：

当网卡把数据写入到内存后，网卡向 CPU 发出一个中断信号，操作系统便能得知有新数据到来，再通过网卡中断程序去处理数据。

epoll的线程安全设计

1.对rbtree–>加锁；

2.对queue -->spinlock

3.epoll_wati,cond,mutex

开源项目中的ET和LT的选择

最后

每年转战互联网行业的人很多，说白了也是冲着高薪去的，不管你是即将步入这个行业还是想转行，学习是必不可少的。作为一个Java开发，学习成了日常生活的一部分，不学习你就会被这个行业淘汰，这也是这个行业残酷的现实。

如果你对Java感兴趣，想要转行改变自己，那就要趁着机遇行动起来。或许，这份限量版的Java零基础宝典能够对你有所帮助。

是想转行，学习是必不可少的。作为一个Java开发，学习成了日常生活的一部分，不学习你就会被这个行业淘汰，这也是这个行业残酷的现实。

如果你对Java感兴趣，想要转行改变自己，那就要趁着机遇行动起来。或许，这份限量版的Java零基础宝典能够对你有所帮助。

[外链图片转存中…(img-JGaVgYaf-1718729046702)]