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I/O 多路复用（I/O Multiplexing）是指在单个线程中同时管理多个 I/O 操作的技术。它允许程序同时处理多个输入输出流而无需为每个流创建一个独立的线程。I/O 多路复用通常用于网络编程中，尤其是在需要高效处理大量连接的情况下（例如 Web 服务器或数据库服务器）。
I/O 多路复用的核心思想是通过一个线程同时监听多个 I/O 事件，并根据事件的就绪情况来执行相应的操作。常见的 I/O 多路复用机制包括 select、poll 和 epoll（在 Linux 中），这些机制都允许程序在等待 I/O 操作完成时不阻塞线程，从而提高系统的并发处理能力。
I/O 多路复用的工作原理
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注册 I/O 事件： 程序通过调用
select、poll或epoll等系统调用来注册需要监听的文件描述符（如网络套接字、管道等）。 -
等待 I/O 事件： 在调用系统调用时，程序会阻塞，直到至少有一个文件描述符就绪。这意味着程序可以同时监听多个 I/O 操作，并等待这些操作完成。
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处理就绪事件： 当某个文件描述符就绪时（例如有数据可以读取，或者可以写入数据），系统会通知程序。程序随后可以处理这些 I/O 操作。
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重复监听： 处理完就绪事件后，程序继续监听其他文件描述符的 I/O 事件，循环进行。
常见的 I/O 多路复用机制
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select：
select是最早实现的 I/O 多路复用机制。- 它允许程序监听多个文件描述符，并在它们中有一个或多个准备好进行 I/O 操作时返回。
select会修改传入的文件描述符集合，返回准备就绪的文件描述符数量。- 由于其实现方式，
select有一定的性能瓶颈（例如，最多支持 1024 个文件描述符，且每次调用都需要重新构建文件描述符集合）。
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poll：
poll是对select的改进，允许程序监听更多文件描述符。- 它使用一个结构体数组来存储文件描述符和事件信息，没有
select的文件描述符数量限制。 - 然而，
poll仍然是基于轮询的方式，因此对于大量文件描述符的情况，性能仍然会下降。
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epoll：
epoll是 Linux 特有的 I/O 多路复用机制，被设计为比select和poll更高效。epoll提供了更高效的事件通知机制，能够避免select和poll的轮询开销。- 它通过使用事件驱动的方式，程序只会收到文件描述符状态变化的通知，从而显著提高性能。
epoll使用两个主要的系统调用：epoll_create（创建一个 epoll 实例）和epoll_wait（等待事件发生）。
I/O 多路复用的优缺点
优点：
- 高效处理并发连接： 可以在单线程内处理大量的并发连接，减少线程的创建和销毁带来的开销。
- 减少资源消耗： 不需要为每个连接都创建一个独立的线程，节省了系统资源（如内存和上下文切换的开销）。
- 适用于高并发场景： 特别适用于大规模网络服务，能够在 I/O 密集型应用中显著提高性能。
缺点：
- 复杂性高： 使用 I/O 多路复用需要管理多个 I/O 操作和事件，代码结构会相对复杂。
- 性能瓶颈： 在某些场景下，
select和poll仍然存在性能瓶颈，特别是当监视的文件描述符数量非常多时。 - 事件通知机制的限制： 即使使用
epoll，也可能存在过多文件描述符的情况下，仍需要较复杂的事件管理机制。
I/O 多路复用应用场景
- 高并发的网络服务器： 如 HTTP 服务器、WebSocket 服务器等，它们需要同时处理多个客户端连接。
- 数据库连接池： 管理大量数据库连接时，I/O 多路复用可以提高处理效率。
- 实时通信系统： 如即时通讯、语音视频通话等系统，在这些系统中需要处理大量并发的网络连接。
I/O 多路复用是一种非常强大且高效的技术，尤其是在需要处理大量 I/O 请求而又不想因线程过多而导致性能问题时。