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在I/O编程过程中，当需要同时处理多个客户端接入请求时，可以利用 多线程或者 I/O多路复用技术进行处理。 I/O多路复用技术通过把多个I/O的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。 与传统的多线程/多进程模型比，I/O多路复用的最大优势是 系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降低了系统的维护工作量，节省了系统资源，I/O 多路复用的主要应用场景如下。
- 服务器需要同时处理多个处于监听状态或者多个连接状态的套接字；
- 服务器需要同时处理多种网络协议的套接字。
目前支持I/O多路复用的系统调用有 select、 pselect、 poll、 epoll，在Linux网络编程过程中，很长一段时间都使用 select做轮询和网络事件通知，然而 select的一些固有缺陷导致了它的应用受到了很大的限制，最终Linux不得不在新的内核版本中寻找 select的替代方案，最终选择了 epoll。 epoll 与 select 的原理比较类似，为了克服 select的缺点， epoll 作了很多重大改进，现总结如下。
1.支持一一个进程打开的socket描述符( FD)不受限制(仅受限于操作系统的最大文件句柄数)。
select最大的缺陷就是单个进程所打开的FD是有一定限制的，它由 FD_ SETSIZE设置，默认值是1024。 对于那些需要支持上万个TCP连接的大型服务器来说显然太少了。可以选择修改这个宏然后重新编译内核，不过这会带来网络效率的下降。我们也可以通过选择多进程的方案(传统的Apache方案)解决这个问题，不过虽然在Linux上创建进程的代价比较小，但仍旧是不可忽视的。另外，进程间的数据交换非常麻烦，对于Java 来说，由于没有共享内存，需要通过 Socket通信或者其他方式进行数据同步，这带来了额外的性能损耗，增加了程序复杂度，所以也不是一种完美的解决方案。值得庆幸的是， epoll 并没有这个限制，它所支持的 FD上限是操作系统的最大文件句柄数，这个数字远远大于 1024。例如，在1GB内存的机器，上大约是10万个句柄左右，具体的值可以通过 cat./proc/sys/fs/file-max察看，通常情况下这个值跟系统的内存关系比较大。
2.I/O效率不会随着FD数目的增加而线性下降。
传统 select/poll的另一个致命弱点，就是当你拥有一个很大的 socket集合时，由于网络延时或者链路空闲，任一时刻只有少部分的 socket是“活跃”的，但是 select/poll 每次调用都会线性扫描全部的集合，导致 效率呈现线性下降。 epoll不存在这个问题，它只会对“活跃”的 socket进行操作一这是因为在内核实现中， epoll是根据每个fd上面的 callback函数实现的。那么，只有“活跃”的 socket才会去主动调用 callback函数，其他idle 状态的 socket则不会。在这点上， epoll 实现了一个伪AIO。针对 epoll 和 select性能对比的 benchmark测试表明：如果所有的 socket都处于活跃态一例如一一个高速LAN环境， epoll并不比 select/poll效率高太多；相反，如果过多使用 epoll_ctl，效率相比还有稍微地降低。但是一旦使用 idleconnections模拟WAN环境，epoll的效率就远在 select/poll之上了。
3.使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。
无论是 select、 poll还是 epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间，如何避免不必要的内存复制就显得非常重要， epoll是通过内核和用户空间 mmap同一块内存来实现的。
4.epoll 的API更加简单。
包括创建一个 epoll描述符、 添加监听事件、 阻塞等待所监听的事件发生、 关闭epoll描述符等。
值得说明的是，用来克服 select/poll缺点的方法不只有epoll, epoll 只是一种Linux的实现方案。在 freeBSD下有 kqueue，而 dev/poll是最古老的Solaris的方案，使用难度依次递增。kqueue 是freebsd的宠儿，它实际上是一个功能相当丰富的kernel事件队列，它不仅仅是 select/poll的升级，而且可以处理signal、目录结构变化、进程等多种事件。kqueue是边缘触发的。 /dev/poll 是Solaris的产物，是这一系列高性能API中最早出现的。Kernel提供了一个特殊的设备文件 /dev/poll，应用程序打开这个文件得到操作 fd_ set 的句柄，通过写入 pollfd来修改它，一个特殊的 ioctl调用用来替换select。不过由于出现的年代比较早，所以 /dev/poll的接口实现比较原始。
从BIO到NIO是Java通信类库迈出的一小步，但却对Java在高性能通信领域的发展起到了关键性的推动作用。
随着基于NIO的各类NIO框架的发展，以及基于NIO的Web服务器的发展，Java在很多领域取代了C和C++，成为企业服务端应用开发的首选语言。
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原文链接:https://www.jianshu.com/p/75c552d42ece
程序猿的技术大观园：www.javathinker.net
[这个贴子最后由 flybird 在 2021-06-24 11:06:41 重新编辑]
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Java技术网站 → 『 Java开发技术 』 → 『 Spring框架和各种开源软件技术专题 』 → Netty权威指南：I/O 多路复用技术
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