【2025最新Java八股】redis中io多路复用怎么回事，和多线程的关系

io多路复用

IO 多路复用和多线程是两种不同的技术，他们都是用于改善程序在处理多个任务或多个数据流时的效率和性能的。

但是他俩要解决的问题不一样！IO多路复用主要是提升I/O操作的效率和利用率，所以适合 IO 密集型应用。多线程则是提升CPU利用率的方法，所以适合 CPU 密集型应用。

在传统的阻塞式I/O模型中，应用程序在执行I/O操作（如读取网络数据）时，如果数据未准备好，线程会被阻塞，直到I/O操作完成。

IO多路复用技术通过允许单个线程同时监控多个I/O请求来解决这个问题。当使用select、poll或epoll等系统调用时，线程可以在不阻塞的情况下，检查多个I/O流的状态，只有当数据真正准备好时才处理它们。这样，即使在处理大量并发连接时，也能保持较低的线程数量，有效提高系统对I/O资源的利用率。

由于主要使用单线程，相较于多线程，减少了线程创建和上下文切换的开销。

IO 多路复用适用于 I/O 密集型应用，特别是那些需要处理大量并发连接的服务器，如网络服务器。它使单个线程能够高效管理多个并发网络连接。

但IO 多路复用在处理多核 CPU 的并行计算上没有优势，且在处理长时间运行的计算任务时可能会造成 IO 等待。

多线程

多线程允许一个应用程序并发运行多个线程，每个线程可以独立执行任务。这允许程序同时执行多个操作，如同时处理多个用户请求。

利用多线程能够充分利用多核CPU的优势，适合CPU密集型应用。在处理需要长时间运算的任务时，可以显著提高效率和响应速度。

但是需要注意的是，线程间的上下文切换和资源共享可能导致性能开销。此外，多线程编程需要处理同步和并发控制的复杂性，如死锁和竞态条件。

io多路复用的相关技术

select, poll, 和 epoll 都是 Linux 中常见的 I/O 多路复用技术，它们可以用于同时监听多个文件描述符（file descriptor，后文简称fd），当任意一个文件描述符就绪时，就能够非阻塞的读写数据。

●select 是最原始的 I/O 多路复用技术，它的缺点是最多只能监听 1024 个文件描述符。
●poll 在 select 的基础上增加了支持监听更多的文件描述符的能力，但是复杂度随着监听的文件描述符数量的增加而增加。
●epoll 在 poll 的基础上进一步优化了复杂度，可以支持更多的文件描述符，并且具有更高的效率。

select

函数签名如下：

int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)
select函数可以监听read，write，except的fd。当select返回后，可以遍历对应的fd_set来寻找就绪的fd，从而进行业务处理
select诞生比较早，几乎在所有的平台中都支持。但是select有个缺点就是单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在Linux上一般为1024，可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制，但是这样也会造成效率的降低。
除此之外，包含大量fd的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而不论这些文件描述符是否就绪，其开销也随着文件描述符数量增加而线性增大。

poll

函数签名如下所示：

int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);

struct pollfd {

int fd; /* file descriptor */

short events; /* requested events to watch */

short revents; /* returned events witnessed */

};

同select一样，poll返回后，也是需要轮询pollfd来获取就绪的fd。不仅如此，所有的fds也是在内核态和用户态中来回切换，也会影响效率。
但是因为fds基于链表，所以就没有了最长1024的限制。

epoll

epoll基于Linux2.4.5，函数签名如下：

// 创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大

int epoll_create(int size)；

// 注册要监听的事件类型

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

// 等待事件发生

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

每次注册新的事件调用epoll_ctl时，epoll会把所有的fd拷贝进内核，而不是在epoll_wait的时候重复拷贝。epoll保证了每个fd在整个过程中只会拷贝一次。

同时，epoll会通过epoll_wait查看是否有就绪的fd，如果有就绪的fd，就会直接使用（O(1)）。而不是像之前两个一样，每次需要手动遍历才能得到就绪的fd（O(n)）

除此之外，它所支持的fd上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048，举个例子，在1GB内存的机器上大约是10万左右，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max查看，一般来说这个数目和系统内存关系很大。

知识扩展

三者的主要区别是啥？

	fd长度	遍历所有fd	把fd从用户态copy到内核态
select	1024	是	是
poll	无限制	是	是
epoll	无限制	否	否

epoll的两种模式是啥？

我们知道epoll是通过epoll_wait来获取就绪的fd，那么如果就绪的fd一直没有被消费，该如何处理呢？这就又了两种模式。LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别如下：

1LT模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时，会再次响应应用程序并通知此事件
2ET模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件。

因为ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞socket，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。