面试题：网络编程中，高并发场景下IO多路复用技术有哪些常见实现方式及它们的特点

Question

在后端开发的网络编程里，高并发场景下IO多路复用技术是优化性能的关键。请列举常见的IO多路复用实现方式，如select、poll、epoll，并阐述它们各自的特点，包括但不限于支持的文件描述符数量、事件通知机制、性能表现等方面。

Answer 1

select

1. 支持文件描述符数量：通常有数量限制，如在Linux系统中默认是1024个文件描述符。应用程序需要手动修改系统参数才能支持更多。
2. 事件通知机制：采用轮询方式。当调用select函数后，内核会遍历所有注册的文件描述符，检查是否有事件发生。如果有事件发生，select函数返回，应用程序需要再次遍历这些文件描述符，找出具体哪些文件描述符上有事件发生。
3. 性能表现：随着文件描述符数量的增加，轮询的开销会显著增大，性能会急剧下降。因为每次调用select都需要在内核态和用户态之间进行数据拷贝，并且要遍历所有文件描述符。适用于连接数较少且活动连接较多的场景。

poll

1. 支持文件描述符数量：理论上没有限制（仅受限于系统资源，如内存等），相比select在文件描述符数量上有了很大提升。
2. 事件通知机制：同样采用轮询方式。poll函数与select类似，也是由应用程序通过轮询检查哪些文件描述符上有事件发生。不同的是，poll使用链表来存储文件描述符集合，而select使用数组，这使得poll在处理大量文件描述符时相对灵活一些。
3. 性能表现：与select类似，随着文件描述符数量增多，轮询开销增大，性能下降。每次调用也需要在内核态和用户态之间进行数据拷贝。虽然在文件描述符数量支持上有所改进，但在高并发场景下性能仍然不理想。

epoll

1. 支持文件描述符数量：理论上也没有限制（仅受限于系统资源），非常适合处理大量并发连接。
2. 事件通知机制：采用回调机制。epoll通过epoll_ctl函数将文件描述符添加到内核的一个事件表中，当有事件发生时，内核会将事件添加到一个就绪链表中。应用程序调用epoll_wait函数时，直接从就绪链表中获取就绪的文件描述符，无需像select和poll那样轮询所有文件描述符。这种方式大大提高了效率。
3. 性能表现：在高并发场景下性能卓越。epoll使用mmap函数，将内核空间和用户空间的内存映射到一起，减少了数据拷贝的开销。同时，由于其基于回调的事件通知机制，只有当有事件发生时才会处理，避免了轮询的开销。因此，epoll非常适合处理大量并发连接且活动连接较少的场景，如网络服务器。