這一篇要說的select、poll、epoll這三個的區別，大家對于IO多路復用都了解吧，這個問題也是面試官最最愛問的問題之一了。

操作系統在處理IO的時候，主要客源分為兩個階段：

• 等待數據傳遞到IO設備。
• IO設備將數據復制到用戶空間user space。

也就可以將上述過程簡化理解為：

等待數據到kernel內核區域。

kernel內核區域將數據復制到用戶區域user space，用戶區域可以理解為JVM區域，即進程或者線程的緩沖區。

BIO

這是屬于最簡單的同步阻塞IO模型

當應用層有數據過來的時候，會調用recvfrom方法，但是這個時候應用層的數據還沒有復制到kernel內核區，也就是上面說的第一個過程，這個過程需要時間，所以recvfrom會阻塞。

當內核kernel中的數據準備好了之后，recvfrom方法并不會返回，而是會發起一個系統調用將kernel中的數據復制到JVM的進程中的緩沖區中，也就是用戶空間user space。

當這個復制也完成之后，也就是上面說的兩個階段全部完成之后，recvfrom才會返回并且解除程序的阻塞。

默認情況下，所有的文件操作都是阻塞的，在進程調用期間的recvfrom，直到數據包達到并且被復制到JVM進程緩沖區或者發生錯誤的時候才會返回，在此期間一直阻塞。

在阻塞期間，CPU不能執行IO操作，但是CPU還是可以去做別的事情的，阻塞了，但沒有完全阻塞。

我們再看操作系統處理IO的兩個步驟

• 等待數據到kernel內核區域
• kernel內核區域將數據復制到用戶區域user space

阻塞IO模型，其實就是把這兩個階段合并在一起，一起阻塞。

NIO

非阻塞其實就是把第一個過程的阻塞變成非阻塞，也就是recvfrom函數會不斷的去詢問kernel內核區域中的數據是否準備好。

如果數據沒有準備好，就返回EWOULDBLOCK錯誤，不斷的去進行輪詢檢查，知道發現kernel內核中的數據準備好了，就會返回。

第二個階段屬于系統調用，是必須阻塞的，就是將數據從kernel內核區域拷貝到用戶區域，也就是進程緩沖區中。

Linux系統將所有設備都當作文件來處理，而Linux用文件描述符fd來標識每個文件對象。

問題

阻塞模型在沒有收到數據的時候就會阻塞卡主，如果一個線程需要接受到多個客戶端的socket的fd連接，這樣會導致在處理這種情況效率比較低。

必須處理完前面的所有fd，才可以處理后面的fd，即使后面的fd可能比前面的fd提前準備好了，但是也得等，這樣會導致客戶端的嚴重延遲。

于是為了處理多個請求，有的小伙伴可能會想到用多個線程來改善，可以引入線程池改善這個情況，并且通過線程池的最大數量來控制這個限度，但是這并沒有從根本上解決問題。

應用：適用于針對大量的io請求的情況，對于服務器必須在同時處理來自客戶端的大量的io操作的時候，就非常適合。

Select工作流程

單個進程可以同時處理多個網絡連接的IO請求，就是調用select之后，整個程序就阻塞了。

此時需要把所有的fd集合都從JVM用戶空間拷貝到kernel內核空間，這個開銷很大。

然后去輪詢檢查所有的select負責的fd，當找到一個client中的數據準備好了之后，select就會返回，此時將數據從kernel復制到進程的緩沖區中。

缺點：

• 每次都需要把fd集合從用戶態拷貝到內核態，消耗資源。
• 每次調用需要進行輪詢所有傳遞進來的fd，也比較消耗資源。

你想啊，要是有十萬個連接，而活躍的只有幾個，那每次都要遍歷這十萬個，豈不是很糟糕。

• 支持的fd數量有限，根據fd_size的定義，它的大小為32個整數大小（32位機器為32*32，所有共有1024bits可以記錄fd），每個fd一個bit，所以最大只能同時處理1024個fd。

每一次呼叫select都需要先從 user space把 FD_SET復制到 kernel（約線性時間成本）。

為什么 select 不能像epoll一樣，只做一次復制就好呢?

每一次呼叫 select()前，FD_SET都可能更動，而 epoll 提供了共享記憶存儲結構，所以不需要這里的kernel內核區域和用戶區域之間的全量數據復制。

Poll

poll的原理與select非常相似，但是呢，有兩點的不同之處。

一個是存儲fd的集合不同，select是有限的，而poll的方式存儲是鏈式的，沒有最大連接數的限制。

另一點就是水平觸發，也就是通知程序fd就緒后，這次沒有被處理，那么下次poll的時候會再次通知同個fd已經就緒。

Epoll

epoll既然是對select和poll的改進，就應該能避免上述的三個缺點。那epoll都是怎么解決的呢？

在此之前，我們先看一下epoll和select和poll的調用接口上的不同，select和poll都只提供了一個函數——select或者poll函數。而epoll提供了三個函數，epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait。

epoll_create是創建一個epoll句柄；epoll_ctl是注冊要監聽的事件類型；epoll_wait則是等待事件的產生。

對于每次都需要把數據從用戶區全量復制到kernel內核區這個缺點，epoll的解決方案在epoll_ctl函數中。

每次注冊新的事件到epoll句柄中時（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），會把所有的fd拷貝進內核，而不是在epoll_wait的時候重復拷貝。epoll保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次。

對于第二個每次都需要輪詢所有fd這個缺點

epoll的解決方案不像select或poll一樣每次都把current輪流加入fd對應的設備等待隊列中，而只在epoll_ctl時把current掛一遍（這一遍必不可少）并為每個fd指定一個回調函數，當設備就緒，喚醒等待隊列上的等待者時，就會調用這個回調函數，而這個回調函數會把就緒的fd加入一個就緒鏈表）。

epoll_wait的工作實際上就是在這個就緒鏈表中查看有沒有就緒的fd（利用schedule_timeout()實現睡一會，判斷一會的效果，和select實現中的第7步是類似的）。

把主動權交給了每一個連接，當設備就緒的時候，調用回調函數才會加入到這個就緒的集合。

對于第三個數量的缺點

epoll沒有這個限制，它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數目，這個數字一般遠大于1024，舉個例子,在1GB內存的機器上大約是10萬左右，具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般來說這個數目和系統內存關系很大。