零基础java自学流程-Java语言高级545

原创已于 2022-03-21 17:45:26 修改 · 130 阅读

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于 2022-03-21 17:45:03 首次发布

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本文详细介绍了如何使用Linux epoll进行IO多路复用，包括epoll_create创建数据表、epoll_ctl注册和管理事件、epoll_wait等待事件，以及边缘触发的工作原理。通过实例展示了完整的工作流程。

用epoll实现的IO多路复用

epoll是Linux下的IO多路复用的实现。这里单开一章是因为它非常有代表性，并且Linux也是目前最广泛被作为服务器的操作系统。细致的了解epoll对整个IO多路复用的工作原理非常有帮助。

与select和poll不同，要使用epoll是需要先创建一下的。

int epfd = epoll_create(10);

epoll_create在内核层创建了一个数据表，记录要注册的fd。接口会返回一个“epoll的文件描述符”指向这个表。注意，接口参数是一个表达要监听事件列表的长度的数值。但不用太在意，因为epoll内部随后会根据事件注册和事件注销动态调整epoll中表格的大小。

为什么epoll要创建一个用文件描述符来指向的表呢？这里有两个好处：

epoll是有状态的，不像select和poll那样每次都要重新传入所有要监听的fd，这避免了很多无谓的数据复制。epoll的数据是用接口epoll_ctl来管理的（增、删、改）。
epoll文件描述符在进程被fork时，子进程是可以继承的。这可以给对多进程共享一份epoll数据，实现并行监听网络请求带来便利。但这超过了本文的讨论范围，就此打住。

epoll创建后，第二步是使用epoll_ctl接口来注册要监听的事件。

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

其中第一个参数就是上面创建的表epfd。第二个参数op表示如何对文件名进行操作，共有3种。

EPOLL_CTL_ADD - 注册一个事件
EPOLL_CTL_DEL - 取消一个事件的注册
EPOLL_CTL_MOD - 修改一个事件的注册

第三个参数是要操作的fd，这里必须是支持NIO的fd（比如socket）。

第四个参数是一个epoll_event的类型的数据，表达了注册的事件的具体信息。

typedef union epoll_data {
    void    *ptr;
    int      fd;
    uint32_t u32;
    uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
    uint32_t     events;    /* Epoll events */
    epoll_data_t data;      /* User data variable */
};

比方说，想关注一个fd1的读取事件事件，并采用边缘触发(下文会解释什么是边缘触发），大概要这么写：

struct epoll_data ev;
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // EPOLLIN表示读事件；EPOLLET表示边缘触发
ev.data.fd = fd1;

通过epoll_ctl就可以灵活的注册/取消注册/修改注册某个fd的某些事件。

第三步，使用epoll_wait来等待事件的发生。

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *evlist, int maxevents, int timeout);

特别留意，这一步是"block"的。只有当注册的事件至少有一个发生，或者timeout达到时，该调用才会返回。这与select和poll几乎一致。但不一样的地方是evlist，它是epoll_wait的返回数组，里面只包含那些被触发的事件对应的fd，而不是像select和poll那样返回所有注册的fd。

综合起来，一段比较完整的epoll代码大概是这样的。

#define MAX_EVENTS 10
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
int nfds, epfd, fd1, fd2;

// 假设这里有两个socket，fd1和fd2，被初始化好。
// 设置为non blocking
setnonblocking(fd1);
setnonblocking(fd2);

// 创建epoll
epfd = epoll_create(MAX_EVENTS);
if (epollfd == -1) {
    perror("epoll_create1");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

//注册事件
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
ev.data.fd = fd1;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd1, &ev) == -1) {
    perror("epoll_ctl: error register fd1");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd2, &ev) == -1) {
    perror("epoll_ctl: error register fd2");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

// 监听事件
for (;;) {
    nfds = epoll_wait(epdf, events, MAX_EVENTS, -1);
    if (nfds == -1) {
        perror("epoll_wait");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    for (n = 0; n < nfds; ++n) { // 处理所有发生IO事件的fd
        process_event(events[n].data.fd);
        // 如果有必要，可以利用epoll_ctl继续对本fd注册下一次监听，然后重新epoll_wait
    }
}

此外，epoll的手册中也有一个简单的例子。

所有的基于IO多路复用的代码都会遵循这样的写法：注册——监听事件——处理——再注册，无限循环下去。

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