面试题：C语言Linux多路复用事件监听的复杂场景处理

整体架构设计思路

事件驱动模型：利用epoll多路复用机制作为核心，将TCP连接、Unix域套接字监听以及定时任务都作为事件来处理。epoll能够高效地管理大量的文件描述符，当有事件发生时，通知程序进行相应处理。
数据结构设计：
- 为每个TCP连接、Unix域套接字创建对应的结构体，用于存储连接状态、数据缓冲区等相关信息。
- 对于定时任务，设计一个定时器数据结构，例如使用时间堆或红黑树来管理定时任务，每个任务节点记录任务执行时间、回调函数等信息。
线程模型：可以采用单线程或多线程模型。单线程模型实现简单，能避免多线程带来的复杂同步问题，但在高并发场景下可能性能受限；多线程模型可以利用多核优势提高性能，但需要注意线程同步。如果采用多线程模型，一个主线程负责epoll事件监听，多个工作线程负责具体事件处理。
事件处理流程：
- TCP连接处理：当epoll检测到TCP连接有可读或可写事件时，从对应的结构体中获取连接信息，进行数据的接收或发送操作。
- Unix域套接字处理：类似TCP连接，当Unix域套接字有事件发生时，处理相应的请求，可能涉及到进程间通信的数据交换。
- 定时任务处理：在每次epoll_wait返回后，检查定时器数据结构，执行到期的定时任务。

避免竞态条件的代码实现

互斥锁（Mutex）：
- 对于共享资源，如全局的连接池、定时器数据结构等，在访问这些资源前加锁，访问完成后解锁。例如，在向定时器数据结构中添加或删除任务时：

pthread_mutex_t timer_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
// 添加定时任务
void add_timer_task(TimerTask *task) {
    pthread_mutex_lock(&timer_mutex);
    // 将任务添加到定时器数据结构
    pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);
}
// 删除定时任务
void delete_timer_task(TimerTask *task) {
    pthread_mutex_lock(&timer_mutex);
    // 从定时器数据结构中删除任务
    pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);
}

读写锁（Read - Write Lock）：
- 如果有大量读操作和少量写操作的共享资源，使用读写锁可以提高性能。例如，对于全局的连接状态信息，多个线程可能同时读取连接状态，但只有在连接建立或关闭时才进行写操作：

pthread_rwlock_t conn_status_rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
// 读连接状态
void read_connection_status(Connection *conn) {
    pthread_rwlock_rdlock(&conn_status_rwlock);
    // 读取连接状态信息
    pthread_rwlock_unlock(&conn_status_rwlock);
}
// 写连接状态
void write_connection_status(Connection *conn, ConnectionStatus status) {
    pthread_rwlock_wrlock(&conn_status_rwlock);
    // 修改连接状态信息
    pthread_rwlock_unlock(&conn_status_rwlock);
}

信号量（Semaphore）：
- 用于控制对共享资源的访问数量。比如，在处理TCP连接时，为了限制同时处理的连接数，可以使用信号量：

sem_t conn_sem;
sem_init(&conn_sem, 0, MAX_CONNECTIONS);
// 处理TCP连接
void handle_tcp_connection(int sockfd) {
    sem_wait(&conn_sem);
    // 处理连接逻辑
    sem_post(&conn_sem);
}

无锁数据结构：
- 对于一些简单的共享资源，可以使用无锁数据结构，如无锁队列。在多线程环境下，无锁数据结构通过使用原子操作来避免锁竞争，提高性能。例如，使用无锁队列来传递待处理的事件：

// 无锁队列实现（简化示例）
typedef struct {
    int data[QUEUE_SIZE];
    volatile int head;
    volatile int tail;
} LockFreeQueue;

void enqueue(LockFreeQueue *queue, int value) {
    int next_tail = (queue->tail + 1) % QUEUE_SIZE;
    while (next_tail == queue->head); // 等待队列有空间
    queue->data[queue->tail] = value;
    queue->tail = next_tail;
}

int dequeue(LockFreeQueue *queue) {
    while (queue->head == queue->tail); // 等待队列有数据
    int value = queue->data[queue->head];
    queue->head = (queue->head + 1) % QUEUE_SIZE;
    return value;
}

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面试题：C语言Linux多路复用事件监听的复杂场景处理

知识考点

面试题答案

整体架构设计思路

避免竞态条件的代码实现