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从网络编程说起

刚学习网络编程的时候，相信很多人都用过下面这几个函数。

bind()
listen()
accept()
recv()

其中，recv() 是一个阻塞方法，当 socket 接收到数据后，recv() 返回接收到的数据继续向下执行。recv() 只能监视单个 socket，监视多个 socket 需要多个线程。为了同时监视多个 socket ，出现了 select 和 poll 模型。

select 和 poll

select 和 poll 类似，都准备了一个 fd 集合，这个集合里存放着所有需要监听的 socket ，调用 select() 或 poll() 时，如果 fd 集合没有 socket 就绪则阻塞，直到有一个 socket 就绪，唤醒 select() 或 poll() 进程。用户遍历 fd 集合，判断具体哪个 socket 收到数据后进行处理。

select 和 poll 的区别是两者的 fd 集合的数据结构，select 的 fd 集合是一个数组，有数量限制，限制1024或2048，poll 的 fd 集合是一个链表，没有数量限制。

select 和 poll 存在的问题是，如果有100万个连接同时与一个进程保持着 TCP 连接，而每一时刻只有几十个或几百个 TCP 是活跃的，每次收集事件时，都需要把这100万连接的 socket 传给操作系统，再由操作系统遍历 fd 集合找出哪个 socket 收到数据，这是巨大的资源浪费。因此，epoll 闪亮登场。

epoll 原理

epoll 在 Linux 内核中申请了一个简易的文件系统，把原先的一个 select 或 poll 调用分成了3部分。

调用 epoll_create 建立一个 epoll 对象；
调用 epoll_ctl 向 epoll 对象中添加这100万个连接的 socket；
调用 epoll_wait 收集接收到数据的 socket。

创建 epoll 对象

当某一个进程调用 epoll_create 方法时，Linux 内核会创建一个 eventpoll 结构体，如下图所示，重点关注下这个结构体里的 rbr 和 rdllist 成员。rbr 成员是红黑树的根节点，这棵树存储着所有需要监听的 socket。rdllist 是双向链表的头结点，这个链表存储着收到数据的 socket。

添加监听的 socket

当进程有某个需要监听的 socket 时，通过 epoll_ctl 方法将这个 socket 添加到 epoll 对象的 rbr 红黑树中。红黑树的添加操作效率很高，因此 epoll_ctl 效率很快。如果有一百万个连接的 socket 需要监听，红黑树会有一百万个结点。

接收数据

所有添加到 epoll 中的 socket 都会与设备（如网卡）驱动程序建立回调关系，当 socket 接收到数据时，会执行回调方法，回调方法会把这些接收到数据的待处理的 socket 放到 epoll 对象的 rdllist 链表中。

收集就绪 socket

当调用 epoll_wait 检查是否有 socket 接收到数据时，只是检查 eventpoll 对象中的 rdllist 双向链表，如果链表不为空，将这些 socket 复制到用户态内存。并不用向操作系统内核传递这100万个连接，内核也不需要去遍历全部的连接，因此效率很高。

总结

epoll 底层使用了红黑树和链表数据结构。红黑树存储了监听的 socket，向红黑树添加、删除结点都很快，从红黑树中查找 socket 也非常快。链表存储了收到数据的 socket，收集事件时，不用像 select 和 poll 一样把所有连接的 socket 传给操作系统，再由操作系统遍历查找。因此，epoll 是非常高效的，可以处理百万级别的并发连接。

为何 epoll 如此受青睐