eventfd 初认识Reactor/多线程服务器的关键唤醒机制

在写基于 epoll 的 Reactor 框架时，一个非常常见的需求是：

• 主线程在 epoll_wait() 阻塞

• 其它线程（如线程池 worker）想通知 Reactor 做一些事情

• 比如：

  • 修改 fd 事件

  • 添加新的 fd

  • 关闭连接

  • 让 loop 安全退出

但问题是：

epoll_wait() 是阻塞的，不会自动醒来！

如果你不唤醒它，Reactor 主线程就会被永久卡住。

这时 eventfd 就是最优雅、最标准、最"Linux-style" 的解决方案。

一、什么是 eventfd？

eventfd 是 Linux 内核提供的 轻量级事件通知机制。

它创建的是一个 特殊的 fd（文件描述符），这个 fd：

• 内核里维护一个 64 位无符号计数器

• 程序可以通过 read() / write() 读写这个计数器

• 对 epoll 来说，它表现得和普通 fd 一样，也能触发 EPOLLIN

总结：

eventfd = 一个"可以放数字进去并能让 epoll 感知变化"的内核计数器。

二、eventfd 的创建方式

#include <sys/eventfd.h>

int evfd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC);

拆解一下：

1) 初始值：0

eventfd 内核计数器的初始值。

2) EFD_NONBLOCK

让 eventfd 的 read/write 都是非阻塞的，避免：

• 写满阻塞

• 读空阻塞

3) EFD_CLOEXEC

和 epoll 一样，防止 exec() 时 fd 泄露。

一般写法：

eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC)

三、eventfd 怎样配合 epoll 使用？

关键步骤只有两步：

① 把 eventfd 加入 epoll

epoll_event ev{};
ev.events = EPOLLIN;    // 不需要 ET
ev.data.fd = evfd;      // 我们只传 fd
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, evfd, &ev);

现在 epoll_wait 会监控它。

② 其它线程每次想唤醒 epoll → write() 一下

uint64_t one = 1;
write(evfd, &one, sizeof(one));

这会导致：

• eventfd 的内核计数器 +1

• eventfd 变为"可读"

• epoll_wait 立刻返回

Reactor 主线程就被成功唤醒。

四、主线程醒来后怎么处理 eventfd？

在 Reactor.loop() 里，看到的是这一段逻辑：

if (fd == evfd_) {
    DrainEventfd(evfd_);
    continue;
}

为什么要 Drain（读空）？

因为 eventfd 是计数器：

• 写一次 = 计数器 +1

• 写多次 = 计数器 +N

如果你不读掉内核里的数字，它会保持可读状态，导致：

epoll_wait 会疯狂立即返回 → loop 空转占满 100% CPU

因此正确做法是：

uint64_t cnt;
for (;;) {
    ssize_t n = read(evfd, &cnt, sizeof(cnt));
    if (n < 0 && errno == EAGAIN) break;  // 读空了
}

五、eventfd 解决了什么具体问题？

1. epoll_wait 的阻塞问题

Reactor 主线程在这里阻塞：

epoll_wait(epfd, evlist, max, -1);

如果其它线程想让 Reactor：

• 增加/删除/修改 fd

• 发送数据

• 关闭连接

• 退出 loop

主线程需要立刻醒过来处理。

eventfd + epoll 就能做到。

2. 线程安全地修改 epoll

epoll_ctl 不是 thread-safe 的：

多个线程同时对 epoll_ctl 操作可能引发 race condition

解决方案：

所有 epoll_ctl 统一放到 Reactor 主线程执行。

其它线程要发请求 → 写 eventfd → 唤醒 Reactor → Reactor 统一执行。

3. 实现退出 Reactor

你的 Reactor.stop()：

if (running_.compare_exchange_strong(expected, false)) {
    wakeup(); // 写 eventfd，唤醒 epoll_wait
}

流程：

stop()  → wakeup() → write(eventfd) → epoll_wait 返回 → loop 检查 running_ → 退出

这是专业网络框架的统一做法。

六、为什么不用 pipe()？

pipe(2) 也能实现跨线程唤醒，但 eventfd 的优势是：

• 更轻量（只有一个 8 字节计数器）

• 不需要一次写一个字节（pipe 会写满阻塞）

• 不需要"读多少写多少"

• 性能更高

• 不会在 poll/epoll 中出现不必要的边缘触发混乱

• 内核专门为 event 机制优化过

因此：

现代 Linux 网络服务器首选 eventfd，不用 pipe 去唤醒 epoll。

七、eventfd 在 Reactor 中的最终作用（总结）

把所有事串起来：

Worker Thread（其它线程）
    ↓ write(eventfd)
eventfd 计数器+1
    ↓
epoll_wait 立刻醒来
    ↓
Reactor.loop 检查事件
    ↓
发现 eventfd 可读
    ↓
DrainEventfd 读空
    ↓
接着处理你唤醒它的任务

简单说：

eventfd = Reactor 的"唤醒器"

任何想让 Reactor 主线程立刻处理任务的线程 → write() 即可。

八、总结

eventfd 的作用就是：

提供一种能通过 write() 唤醒 epoll_wait 的轻量级跨线程事件通知机制。

它是现在网络服务器（Reactor + ThreadPool 架构）中最关键的底层组件之一。