什么是I/O多路复用

要想知道什么是I/O多路复用，首先我们要来了解一下BIO和NIO

1、BIO

BIO又叫阻塞IO。一般我们传统的JDK内置的Socket编程就是阻塞IO。一次只能有一个客户端连接。

其基本实现流程如下：服务端：首先创建socket接口，通过bind函数将接口号与端口号进行绑定，然后通过listen函数进行监听，服务端进入了监听状态后，通过调用accept函数从内核获取客户端的连接，如果没有客户端连接，就会阻塞等待客户端的连接到来。

客户端：首先创建好Socket，然后调用connect函数发起连接，然后通过tcp三次握手进行连接。

这个IO模型简单的解决了我们服务端和客户端的通信连接，但是他有一个很大的弊端，就是只能进行一对一的连接，不能服务更多的客户，那么为了解决这个问题，服务更多的客户，于是就有了NIO

2、NIO

NIO又叫非阻塞I/O模型，

当服务器与客户端 TCP 完成连接后，通过 pthread_create() 函数创建线程，然后将「已连接 Socket」的文件描述符传递给线程函数，接着在线程里和客户端进行通信，从而达到并发处理的目的。

如果每来一个连接就创建一个线程，线程运行完后，还得操作系统还得销毁线程，虽说线程切换的上写文开销不大，但是如果频繁创建和销毁线程，系统开销也是不小的。

那么，我们可以使用线程池的方式来避免线程的频繁创建和销毁，所谓的线程池，就是提前创建若干个线程，这样当由新连接建立时，将这个已连接的 Socket 放入到一个队列里，然后线程池里的线程负责从队列中取出已连接 Socket 进程处理。

这种模型虽然解决了服务多个用户的问题，但是每次新到来一个TCP连接，就需要分配一个进行或者线程，当同时到来的连接过多时，我们系统也是维护不过来的。

所以为了提高我们的性能，就出现了I/O的多路复用

3、I/O多路复用

通过一个线程就可以管理多个 socket，这个线程不断去轮询多个 socket 的状态，只有当socket 真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。实现I/O多路复用有三种方式：

1.select

将已连接的 Socket 都放到一个文件描述符集合，然后调用 select 函数将文件描述符集合拷贝到内核里，让内核来检查是否有网络事件产生，检查的方式很粗暴，就是通过遍历文件描述符集合的方式，当检查到有事件产生后，将此 Socket 标记为可读或可写， 接着再把整个文件描述符集合拷贝回用户态里，然后用户态还需要再通过遍历的方法找到可读或可写的 Socket，然后再对其处理。

2.poll

实现方式和select没有太大的本质区别。

3.epoll

epoll 通过两个方面，很好解决了 select/poll 的问题。

第一点，epoll 在内核里使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述字，把需要监控的 socket 通过 epoll_ctl() 函数加入内核中的红黑树里，红黑树是个高效的数据结构，增删查一般时间复杂度是 O(logn)，通过对这棵黑红树进行操作，这样就不需要像 select/poll 每次操作时都传入整个 socket 集合，只需要传入一个待检测的 socket，减少了内核和用户空间大量的数据拷贝和内存分配。

第二点， epoll 使用事件驱动的机制，内核里维护了一个链表来记录就绪事件，当某个 socket 有事件发生时，通过回调函数内核会将其加入到这个就绪事件列表中，当用户调用 epoll_wait() 函数时，只会返回有事件发生的文件描述符的个数，不需要像 select/poll 那样轮询扫描整个 socket 集合，大大提高了检测的效率。