面试题：网络编程高并发场景下，如何基于IO多路复用技术进行连接管理以提升性能

Question

假设你正在开发一个高并发的后端网络应用，基于IO多路复用技术（如epoll），阐述你会采取哪些策略来管理大量的并发连接，以确保应用的高性能与稳定性。例如，如何处理新连接的接入、已有连接的读写操作以及连接断开的情况，以及如何避免连接管理过程中的性能瓶颈。

Answer 1

1. 新连接接入
   • 使用epoll_create创建epoll实例。
   • 在监听套接字上使用epoll_ctl将其添加到epoll实例中，监听EPOLLIN事件。
   • 当监听到新连接时，调用accept接收新连接，并立即使用epoll_ctl将新连接的套接字加入到epoll实例中，同时设置合适的事件掩码（如EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET，ET模式下需要更小心处理读写），以便后续监控其读写事件。
2. 已有连接的读写操作
   • 读操作：
     • 当epoll_wait检测到EPOLLIN事件时，使用recv等函数进行数据读取。为避免读操作阻塞，设置套接字为非阻塞模式。
     • 循环读取数据，直到recv返回EAGAIN或EWOULDBLOCK错误，表明数据读取完毕或当前无数据可读。
     • 将读取到的数据进行相应处理，如解析协议、业务逻辑处理等。
   • 写操作：
     • 当有数据需要发送时，先尝试使用send函数发送。同样，套接字需设置为非阻塞模式。
     • 如果send返回EAGAIN或EWOULDBLOCK错误，说明当前发送缓冲区已满，将该连接的写事件（EPOLLOUT）加入到epoll实例中进行监听。
     • 当epoll_wait检测到EPOLLOUT事件时，再次调用send函数发送剩余数据，直到数据全部发送完毕，然后将该连接的写事件从epoll实例中移除（可根据实际情况决定是否移除）。
3. 连接断开情况
   • 当recv返回0时，表示对方关闭了连接，此时调用close关闭套接字，并使用epoll_ctl将该套接字从epoll实例中移除。
   • 如果recv或send返回错误，且错误码表示连接异常（如ECONNRESET、EPIPE等），同样关闭套接字并从epoll实例中移除。
4. 避免性能瓶颈
   • 内存管理：
     • 使用内存池技术来管理连接相关的内存，避免频繁的内存分配和释放操作，提高内存使用效率。
     • 对于缓冲区的分配，根据业务需求合理设置大小，避免过大或过小导致的性能问题。
   • 事件处理优化：
     • 尽量减少epoll_wait回调函数中的处理逻辑，将复杂的业务逻辑放到单独的线程或进程中处理，避免阻塞epoll_wait循环。
     • 对于ET模式，确保在每次事件触发时尽可能多地处理数据，避免事件反复触发导致的性能损耗。
   • 资源复用：
     • 复用已有的连接资源，如连接池技术，对于短连接业务可以避免频繁创建和销毁连接带来的开销。
   • 负载均衡：
     • 如果是分布式系统，可以使用负载均衡器将大量并发连接均匀分配到多个后端服务器上，避免单个服务器负载过高。