面试题：网络编程中轮询机制在非阻塞Socket编程里的常见实现方式有哪些

Question

在后端开发的网络编程场景下，非阻塞Socket编程的轮询机制起着关键作用。请详细阐述常见的轮询机制实现方式，比如select、poll等，并说明它们在使用场景、性能特点方面的区别。

Answer 1

常见轮询机制实现方式

1. select
   • 原理：select 函数监视的文件描述符分为三类，分别是可读、可写和异常事件。它会阻塞等待直到这些文件描述符中的一个或多个发生了状态改变。内核会遍历所有被监视的文件描述符，检查它们的状态。
   • 特点：
     • 最大文件描述符限制：通常受限于系统的 FD_SETSIZE，一般为 1024。
     • 数据结构：使用 fd_set 数据结构来存储文件描述符集合，操作这些集合的宏（如 FD_SET、FD_CLR 等）相对复杂。
2. poll
   • 原理：poll 函数通过一个 pollfd 数组来指定需要监视的文件描述符及其事件。与 select 类似，它也会阻塞等待文件描述符状态的改变。内核同样需要遍历整个 pollfd 数组来检查文件描述符状态。
   • 特点：
     • 无最大文件描述符限制：理论上没有固定的最大文件描述符数限制，它更灵活，不受 FD_SETSIZE 的约束。
     • 数据结构：使用 pollfd 结构体数组，相比 fd_set 更直观和易于管理。

使用场景区别

1. select
   • 适合场景：适用于小规模的网络连接场景，当需要监视的文件描述符数量较少（远小于 1024）时，select 可以很好地工作。例如一些简单的本地服务，只与少数几个客户端进行交互。
2. poll
   • 适合场景：适用于需要处理中等规模网络连接的场景，当需要监视的文件描述符数量较多，但又不至于达到非常庞大的程度时，poll 是一个不错的选择。例如一些小型的网络服务器，可能同时处理几百个客户端连接。

性能特点区别

1. select
   • 性能：随着监视的文件描述符数量增加，性能会显著下降。因为每次调用 select 时，内核需要遍历整个 fd_set 集合，时间复杂度为 O(n)。并且每次调用 select 时都需要将用户空间的 fd_set 数据拷贝到内核空间，开销较大。
2. poll
   • 性能：在性能上比 select 有所提升，虽然内核同样需要遍历 pollfd 数组，但由于它没有最大文件描述符数量的硬限制，在处理较多文件描述符时表现更好。不过，它依然存在将用户空间数据拷贝到内核空间的开销，时间复杂度也为 O(n)，所以在大规模并发场景下性能也会受限。