3.使用epoll实现单线程并发服务器

目录

1. epoll的概述

2. 多线程与epoll的处理流程

2.1 多线程处理流程

2.2 epoll处理流程

3. epoll与多线程的比较

4. epoll的操作函数

4.1 epoll_create()

4.2 epoll_ctl()

4.3 epoll_wait()

5. 示例代码

6. epoll的工作模式

7. 使用O_NONBLOCK防止阻塞

8.运行代码

客户端代码（client.cpp）

服务器代码（server.cpp）

运行方式

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在构建现代网络应用时，处理并发连接是一个关键需求。尽管使用多线程可以方便地实现并发服务器，但通过epoll实现单线程并发也是一种高效的解决方案。epoll是Linux下的一种I/O多路复用机制，相较于传统的select和poll，epoll在高并发场景下具有更优的性能和可扩展性。

1. epoll的概述

• 多路复用：指可以同时监控多个网络连接，并在同一线程中处理这些连接。
• epoll vs select/poll：epoll在处理大量并发连接时，性能通常优于select和poll，特别是在连接数达到上万的情况下。epoll是Linux特有的特性，无法在其他操作系统上使用。

2. 多线程与epoll的处理流程

2.1 多线程处理流程

在多线程程序中，通常会有以下的处理流程：

• 主线程：

  • 调用accept()以检测是否有新的客户端连接请求。
  • 若存在新连接，请求建立连接。
  • 若无新连接，请求，则主线程将阻塞在accept()。

• 子线程：

  • 调用read()和write()函数，与已连接的客户端进行数据收发。

2.2 epoll处理流程

使用epoll实现单线程并发的处理流程如下：

1. 使用epoll_wait()函数委托内核检测所有的文件描述符（主要分为监听和通信两类）。这将导致线程阻塞，直到有已准备的文件描述符。
2. 一旦检测到就绪的文件描述符，内核会将其传递给用户空间，解除阻塞。
3. 对于传出的文件描述符进行判断：
   • 如果是监听的文件描述符，则调用accept()建立新连接。
   • 如果是通信的文件描述符，则调用read()或write()与该连接的客户端进行通信。

通过这种方式，epoll可以在单线程场景下实现并发服务器。

3. epoll与多线程的比较

• 系统开销小：与多线程模型相比，epoll避免了线程的创建和销毁，以及线程管理的开销。
• 简化管理：使用epoll可以更容易地控制并发操作，没有线程之间的上下文切换。

4. epoll的操作函数

4.1 epoll_create()

int epoll_create(int size);

• 创建一个epoll实例，通过一棵红黑树管理待检测的文件描述符集合。
• 参数：size在Linux内核2.6.8版本以后被忽略，只需传入大于0的值。
• 返回值：
  • 成功时，返回一个有效的文件描述符，表示创建的epoll实例。
  • 失败时，返回-1。

使用示例：

int epfd = epoll_create(1);

4.2 epoll_ctl()

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

• 管理红黑树上的文件描述符（添加、修改、删除）。
• 参数：
  • epfd: epoll_create()返回的文件描述符。
  • op: 操作类型（EPOLL_CTL_ADD, EPOLL_CTL_MOD, EPOLL_CTL_DEL）。
  • fd: 需要操作的文件描述符。
  • event: 指向epoll_event结构体的指针，用于设置监控的事件。

epoll_eve