? 一位工作5年的小伙伴面試時被問到IO相關的問題，說，談談你對IO多路復用機制的理解。當時他說只是聽過多路復用，具體細節沒有了解過。今天，我給大家分享一下我的理解。

1.IO多路復用

IO多路復用是一種同步的IO模型。利用IO多路復用模型，可以實現一個線程監視多個文件句柄；一旦某個文件句柄就緒，就能夠通知到對應應用程序進行相應的讀寫操作；沒有文件句柄就緒時就會阻塞應用程序，從而釋放出CPU資源。

IO可以理解為，在操作系統中，數據在內核態和用戶態之間的讀、寫操作，大部分情況下是指網絡IO；

多路大部分情況下是指多個TCP連接，也就是多個Socket 或者多個Channel；

復用是指復用一個或多個線程資源。IO多路復用意思就是說，一個或多個線程處理多個 TCP 連接。盡可能地減少系統開銷，無需創建和維護過多的進程/線程。

實現IO多路復用的模型有三種，分別是Select、poll 和 epoll。下面詳細介紹一下三種多路復用模型的基本原理和優缺點：

2.select模型

select模型，它的基本原理是，采用輪詢和遍歷的方式。也就是說，在客戶端操作服務器時，會創建三種文件描述符，簡稱FD。分別是writefds（寫描述符）、readfds（讀描述符）和 exceptfds（異常描述符）。

而select會阻塞監視這三種文件描述符，等有數據、可讀、可寫、出異常或超時都會返回；

返回后通過遍歷fdset，也就是文件描述符的集合，來找到就緒的FD，然后，觸發相應的IO操作。

它的優點是跨平臺支持性好，幾乎在所有的平臺上支持。

它的缺點也很明顯，由于select是采用輪詢的方式進行全盤掃描，因此，隨著FD數量增多而導致性能下降。

因此，每次調用select()方法，都需要把FD集合從用戶態拷貝到內核態，并進行遍歷。而操作系統對單個進程打開的FD數量是有限制的，一般默認是1024個。雖然，可以通過操作系統的宏定義FD_SETSIZE修改最大FD數量限制，但是，在IO吞吐量巨大的情況下，效率提升仍然有限。

3.poll模型

poll 模型的原理與select模型基本一致，也是采用輪詢加遍歷，唯一的區別就是 poll 采用鏈表的方式來存儲FD。

所以，它的優點點是沒有最大FD的數量限制。

它的缺點和select一樣，也是采用輪詢方式全盤掃描，同樣也會隨著FD數量增多而導致性能下降。

4.epoll模型

由于select和poll都會因為吞吐量增加而導致性能下降，因此，才出現了epoll模型。

epoll模型是采用時間通知機制來觸發相關的IO操作。它沒有FD個數限制，而且從用戶態拷貝到內核態只需要一次。它主要通過系統底層的函數來注冊、激活FD，從而觸發相關的 IO 操作，這樣大大提高了性能。主要是通過調用以下三個系統函數：

（1）epoll_create()函數，在系統啟動時，會在Linux內核里面申請一個B+樹結構的文件系統，然后，返回epoll對象，也是一個FD。

（2）epoll_ctl()函數，每新建一個連接的時候，會同步更新epoll對象中的FD，并且綁定一個 callback回調函數。

（3）epoll_wait()函數，輪詢所有的callback集合，并觸發對應的 IO 操作

所以，epoll模型最大的優點是將輪詢改成了回調，大大提高了CPU執行效率，也不會隨FD數量的增加而導致效率下降。當然，它也沒有FD數量限制，也就是說，它能支持的FD上限是操作系統的最大文件句柄數。一般而言，1G 內存大概支持 10 萬個句柄。分布式系統中常用的組件如Redis、Nginx都是優先采用epoll模型。

它的缺點是只能在Linux下工作。

5.綜合對比

下表是三種多路復用模型的綜合對比，有興趣的小伙伴可以截圖保存一下，或者到我的個人煮葉簡介中獲取。

好了，以上就是我對IO多路復用機制的理解。