【Linux】epoll 深度剖析：高性能 IO 多路复用的终极方案

Trouvaille ~2026-02-21 11:36

文章目录

    • [epoll 深度剖析：高性能 IO 多路复用的终极方案](#epoll 深度剖析：高性能 IO 多路复用的终极方案)
    • [一、epoll 的三个系统调用](#一、epoll 的三个系统调用)
      • [1.1 epoll_create：创建 epoll 实例](#1.1 epoll_create：创建 epoll 实例)
      • [1.2 epoll_ctl：注册/修改/删除监控事件](#1.2 epoll_ctl：注册/修改/删除监控事件)
      • [1.3 epoll_wait：等待事件发生](#1.3 epoll_wait：等待事件发生)
      • [1.4 三个调用的组合使用模板](#1.4 三个调用的组合使用模板)
    • [二、epoll 的工作原理：红黑树 + 就绪队列 + 回调](#二、epoll 的工作原理：红黑树 + 就绪队列 + 回调)
      • [2.1 内核数据结构](#2.1 内核数据结构)
      • [2.2 回调机制：数据怎么进就绪链表的？](#2.2 回调机制：数据怎么进就绪链表的？)
      • [2.3 epoll_wait 的工作过程](#2.3 epoll_wait 的工作过程)
      • [2.4 select/poll/epoll 工作原理对比](#2.4 select/poll/epoll 工作原理对比)
    • [三、epoll 的优点（对应 select 的缺点）](#三、epoll 的优点（对应 select 的缺点）)
    • [四、LT 和 ET：两种工作模式](#四、LT 和 ET：两种工作模式)
      • [4.1 形象比喻](#4.1 形象比喻)
      • [4.2 技术层面的 LT 和 ET](#4.2 技术层面的 LT 和 ET)
      • [4.3 ET 模式的正确使用：非阻塞 + 循环读完](#4.3 ET 模式的正确使用：非阻塞 + 循环读完)
      • [4.4 LT vs ET 对比与选择](#4.4 LT vs ET 对比与选择)
    • [五、LT 模式 epoll 服务器实现](#五、LT 模式 epoll 服务器实现)
      • [5.1 Epoll 封装类](#5.1 Epoll 封装类)
    • [六、ET 模式 epoll 服务器实现](#六、ET 模式 epoll 服务器实现)
      • [6.1 在 LT 基础上的修改点](#6.1 在 LT 基础上的修改点)
    • [七、选择 LT 还是 ET？](#七、选择 LT 还是 ET？)
      • [7.1 决策树](#7.1 决策树)
      • [7.2 ET 的潜在陷阱](#7.2 ET 的潜在陷阱)
    • [八、epoll 的使用场景与性能分析](#八、epoll 的使用场景与性能分析)
      • [8.1 最适合 epoll 的场景](#8.1 最适合 epoll 的场景)
    • [九、关于"epoll 使用内存映射"的常见误解](#九、关于"epoll 使用内存映射"的常见误解)
      • [9.1 网上的错误说法](#9.1 网上的错误说法)
      • [9.2 正确的理解](#9.2 正确的理解)
    • [十、epoll 惊群问题（面试加分项）](#十、epoll 惊群问题（面试加分项）)
      • [10.1 什么是惊群问题？](#10.1 什么是惊群问题？)
      • [10.2 解决方案](#10.2 解决方案)
    • [十一、select / poll / epoll 终极对比](#十一、select / poll / epoll 终极对比)
    • 十二、总结
      • [12.1 核心要点](#12.1 核心要点)
      • [12.2 面试答题模板](#12.2 面试答题模板)

epoll 深度剖析：高性能 IO 多路复用的终极方案

💬 开篇 ：终于到 epoll 了！如果说 select 是自行车、poll 是摩托车，那 epoll 就是高铁。它是 Linux 2.5.44 内核引入的，被公认为 Linux 下性能最好的 IO 多路复用机制，是 Nginx、Redis、Node.js 等明星项目的底层支柱。

为什么 epoll 这么快？因为它从设计上就彻底解决了 select/poll 的根本缺陷：用红黑树管理所有监控的 fd，用就绪队列存放就绪的 fd，用回调机制替代轮询------内核不需要"找"就绪的 fd，而是就绪的 fd 会主动"报到"。这一篇，我们从系统调用接口开始，深入内核数据结构，再到 LT/ET 两种工作模式，最后用代码实现完整的 epoll 服务器。

👍 点赞、收藏与分享：epoll 是 Linux 网络编程的必考知识点，也是高性能服务器开发的核心技能。

🚀 循序渐进：三个系统调用 → 内核原理 → LT vs ET → 为什么 ET 要非阻塞 → LT 版服务器 → ET 版服务器 → 性能对比。

一、epoll 的三个系统调用

1.1 epoll_create：创建 epoll 实例

c 复制代码 
#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);

epoll_create 创建一个 epoll 实例，返回一个文件描述符（epoll fd），用来标识这个 epoll 实例。

参数 size ：自 Linux 2.6.8 之后，这个参数被忽略（历史原因保留），传任何正整数都行，通常传个 10 或者 1。

返回值：成功返回 epoll fd（非负整数），失败返回 -1。

c 复制代码 
int epfd = epoll_create(10);
if (epfd < 0) {
    perror("epoll_create");
    exit(1);
}
// epfd 就是这个 epoll 实例的"句柄"
// 用完记得 close(epfd)

类比 ：epoll_create 就像开了一家"监控中心"，epfd 是这家中心的"门牌号"。后续所有操作都用这个门牌号来找到这家中心。

注意：

现代 Linux 更推荐用 epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC)，避免 fd 泄漏到 exec 后的子进程。

1.2 epoll_ctl：注册/修改/删除监控事件

c 复制代码 
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll_ctl 用来管理 epoll 实例中的 fd------增加、修改或删除。

参数说明：

参数 说明
epfd epoll_create 返回的 epoll fd
op 操作类型：ADD / MOD / DEL
fd 要操作的目标文件描述符
event 感兴趣的事件（ADD 和 MOD 时必须提供，DEL 时传 NULL）

op 的取值：

c 复制代码 
EPOLL_CTL_ADD  // 将 fd 注册到 epoll 实例中，开始监控
EPOLL_CTL_MOD  // 修改已注册的 fd 的监控事件
EPOLL_CTL_DEL  // 从 epoll 实例中删除 fd，停止监控

epoll_event 结构体：

c 复制代码 
struct epoll_event {
    uint32_t events;   // 要监控的事件（位图）
    epoll_data_t data; // 用户自定义数据（回调时原样返回）
};

// epoll_data_t 是一个联合体
typedef union epoll_data {
    void        *ptr;  // 指向任意数据的指针
    int          fd;   // 文件描述符
    uint32_t     u32;
    uint64_t     u64;
} epoll_data_t;

events 的常用取值：

事件宏 含义
EPOLLIN 可读（有数据，或对端关闭，或新连接）
EPOLLOUT 可写（发送缓冲区有空间）
EPOLLPRI 带外数据可读
EPOLLERR 发生错误（不用手动设置，自动检测）
EPOLLHUP 对端关闭（不用手动设置，自动检测）
EPOLLET 设置为 ET（边缘触发）模式
EPOLLONESHOT 只触发一次，之后需要重新注册

使用示例：

c 复制代码 
struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLIN;      // 关注可读事件
ev.data.fd = new_fd;      // 保存 fd，epoll_wait 返回时能拿到它

// 将 new_fd 加入 epoll 监控
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, new_fd, &ev);

// 不再监控 new_fd
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, new_fd, NULL);

1.3 epoll_wait：等待事件发生

c 复制代码 
int epoll_wait(int epfd, 
               struct epoll_event *events, 
               int maxevents, 
               int timeout);

epoll_wait 等待已注册的 fd 上有事件发生，直接返回就绪的 fd 列表（不需要你自己遍历找）。

参数说明：

参数 说明
epfd epoll_create 返回的 epoll fd
events 用户分配的数组，内核把就绪事件写入这里
maxevents events 数组的容量（最多返回多少个事件）
timeout 超时时间（毫秒），-1 为永久阻塞，0 为立即返回

返回值：

c 复制代码 
int n = epoll_wait(epfd, events, maxevents, timeout);
// n > 0：就绪的事件数量（events[0..n-1] 有效）
// n == 0：超时
// n < 0：出错

重要细节：events 数组只有前 n 个元素有效！

c 复制代码 
struct epoll_event events[1000];  // 最多返回 1000 个
int n = epoll_wait(epfd, events, 1000, -1);

// ✅ 正确：只遍历到 n
for (int i = 0; i < n; i++) {
    int fd = events[i].data.fd;
    // 处理 fd...
}

// ❌ 错误：遍历到 1000，大量无效元素
for (int i = 0; i < 1000; i++) { ... }

1.4 三个调用的组合使用模板

c 复制代码 
// 第一步：创建 epoll 实例
int epfd = epoll_create(10);

// 第二步：注册要监控的 fd
struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = listen_fd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ev);

// 第三步：循环等待事件
struct epoll_event events[1024];
for (;;) {
    int n = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        // 处理 events[i]...
        int fd = events[i].data.fd;
        if (events[i].events & EPOLLIN) {
            // fd 可读
        }
    }
}

// 用完关闭
close(epfd);

二、epoll 的工作原理：红黑树 + 就绪队列 + 回调

2.1 内核数据结构

当你调用 epoll_create，Linux 内核创建了一个 eventpoll 结构体：

c 复制代码 
struct eventpoll {
    // ...
    struct rb_root rbr;        // 红黑树根节点：存储所有被监控的 fd
    struct list_head rdlist;   // 就绪链表：存储当前已就绪的 fd
    // ...
};

两个核心成员：

红黑树（Red-Black Tree） ：存储所有通过 epoll_ctl 注册的 fd 信息。

bash 复制代码 
                  [fd=5]
                 /      \
            [fd=3]      [fd=8]
           /     \     /     \
        [fd=1]  [fd=4][fd=7] [fd=9]

        红黑树：O(log n) 的插入/删除/查找
        注册 fd 时插入，注销时删除

就绪链表（Ready List）：存储当前已经就绪（有事件待处理）的 fd。

bash 复制代码 
就绪链表（双向链表）：
[fd=3] <-> [fd=7] <-> [fd=9]
当前这三个 fd 有数据可读

2.2 回调机制：数据怎么进就绪链表的？

这是 epoll 高效的关键所在！

当 epoll_ctl(ADD) 注册 fd 时，内核会把 epitem 挂到该 fd 对应的等待队列（waitqueue）上。

当这个 fd 的状态发生变化（变得可读/可写/异常）时，内核在唤醒等待队列的过程中触发 ep_poll_callback，将 epitem 加入 rdlist 就绪链表。

c 复制代码 
struct epitem {
    struct rb_node rbn;         // 红黑树节点（在红黑树中的位置）
    struct list_head rdllink;   // 链表节点（在就绪链表中的位置）
    struct epoll_filefd ffd;    // 事件句柄信息（fd + file 指针）
    struct eventpoll *ep;       // 指向所属的 eventpoll 实例
    struct epoll_event event;   // 用户设置的感兴趣事件
};

2.3 epoll_wait 的工作过程

bash 复制代码 
调用 epoll_wait
  ↓
检查 rdlist（就绪链表）
  ↓
空？→ 阻塞等待（或超时返回）
  ↓
不空？→ 把 rdlist 中的事件拷贝到用户传入的 events 数组
  ↓
返回就绪事件数量

关键：epoll_wait 的工作是 O(k) 的（直接看就绪链表），不需要遍历所有 fd！

2.4 select/poll/epoll 工作原理对比

F 复制代码 
select/poll：
  用户注册 fd → 每次全量拷贝到内核
  内核等待 → 有事件发生时，扫描所有 fd（O(n)）→ 返回

epoll：
  用户注册 fd（epoll_ctl）→ 内核红黑树存储，一次注册永久有效
  有事件发生 → 驱动回调 ep_poll_callback → fd 进入就绪链表
  epoll_wait → 直接取就绪链表 → 返回（O(k)）

一句话总结：select/poll 是"主动轮询"，epoll 是"被动通知"。

三、epoll 的优点（对应 select 的缺点）

select 缺点 epoll 解决方案
fd 数量上限 1024 无上限，取决于系统最大可打开文件数
每次全量拷贝 fd_set epoll_ctl 只在注册/修改时拷贝，不频繁
O(n) 遍历查找就绪 fd 回调机制 + 就绪链表，O(k) 获取就绪事件
每次要手动重建集合 内核红黑树维护，一次注册长期有效

四、LT 和 ET：两种工作模式

4.1 形象比喻

你正在打游戏，快进决赛圈了。你妈饭做好了，喊你去吃：

水平触发（LT，Level Triggered）：

bash 复制代码 
你妈：吃饭了！
你：等会儿（没动）
你妈：吃饭了！（继续喊）
你妈：吃饭了！（还在喊）
...
只要饭没吃，你妈就一直喊
亲妈模式 ❤️

边缘触发（ET，Edge Triggered）：

bash 复制代码 
你妈：吃饭了！（只喊一次）
你：等会儿（没动）
你妈：（不管你了，爱吃不吃）
后妈模式 💔

4.2 技术层面的 LT 和 ET

假设服务器收到了 2KB 数据，你调用 epoll_wait 后，只 read 了 1KB，还有 1KB 在缓冲区里：

LT 模式（默认）：

bash 复制代码 
第一次 epoll_wait：返回！fd 就绪（有 2KB 数据）
你 read 了 1KB
第二次 epoll_wait：还是返回！因为缓冲区还有 1KB
只要缓冲区有数据，epoll_wait 就一直通知你

ET 模式（加了 EPOLLET 标志）：

bash 复制代码 
第一次 epoll_wait：返回！fd 就绪（有 2KB 数据）
你只 read 了 1KB（还有 1KB 在缓冲区）
第二次 epoll_wait：不返回！
即使缓冲区有数据，只要没有新的数据来，epoll_wait 不再通知
剩下的 1KB 你可能永远看不到了（直到有新数据触发新的边缘）

4.3 ET 模式的正确使用：非阻塞 + 循环读完

ET 的问题：一次只通知，如果没读完，剩余数据就没了。

解决方案 ：ET 模式下，收到通知后，必须用非阻塞 IO 循环读取，直到 EAGAIN，保证把所有数据都读完。

cpp 复制代码 
// ET 模式下正确的读取方式
void ReadAll(int fd, std::string& buf) {
    char tmp[4096];
    for (;;) {
        ssize_t n = recv(fd, tmp, sizeof(tmp) - 1, 0);
        
        if (n > 0) {
            tmp[n] = '\0';
            buf += tmp;
            // 继续读，直到 EAGAIN
        } else if (n == 0) {
            // 对端关闭连接
            break;
        } else {
            // n < 0
            if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                // 缓冲区已空，本次数据读完了
                break;
            } else if (errno == EINTR) {
                // 被信号打断，重试
                continue;
            } else {
                // 真正的错误
                perror("recv");
                break;
            }
        }
    }
}

为什么 ET 必须非阻塞？

假设用阻塞 read，每次只读 1KB：

  • 服务器有 10KB 数据
  • ET 通知来了，你 read 1KB，剩 9KB
  • ET 不再通知了（没有新边缘）
    剩余数据一直要等下次更新才能读
    ET 模式不是"读不完就丢"，而是"状态没变化就不再通知"。

如果你收到一次 EPOLLIN 只读了一部分，缓冲区仍然有数据，但没有新的数据到来，fd 的"可读状态"并未发生新的边缘变化，因此后续 epoll_wait 可能不会再返回这个 fd------结果就是剩余数据滞留在内核缓冲区，应用层表现为卡住。

所以 ET 的正确实现是：socket 必须非阻塞，并在一次事件回调里循环读到 EAGAIN/EWOULDBLOCK，把缓冲区读空。

4.4 LT vs ET 对比与选择

比较项 LT（水平触发） ET（边缘触发）
默认？ 是（epoll 默认） 否（需加 EPOLLET）
通知时机 只要就绪就通知（可重复） 状态变化时通知（只触发一次）
是否需要非阻塞 不强制 必须使用非阻塞 IO
epoll_wait 触发次数 多（每次有数据都触发） 少（仅状态变化时触发）
代码复杂度 低 高（需处理非阻塞循环读写）
性能 稍低（更多次 epoll_wait 返回） 稍高（减少 epoll_wait 返回次数）
适用场景 一般场景，代码简单 高性能场景，Nginx 默认使用 ET
select/poll 对比 select/poll 也是 LT epoll 独有

重要澄清 ：ET 性能比 LT 高，但差距没有你想的那么大。如果 LT 模式下每次 epoll_wait 返回后立刻把所有数据处理完，那性能和 ET 其实差不多。ET 的真正意义在于减少 epoll_wait 的唤醒次数，对高频小数据场景有优化。

五、LT 模式 epoll 服务器实现

5.1 Epoll 封装类

cpp 复制代码 
// epoll_lt_server.hpp
#pragma once
#include <vector>
#include <functional>
#include <unordered_map>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>

// 业务处理函数类型
typedef std::function<void(const std::string& req, std::string* resp)> Handler;

/**
 * TcpSocket：基础 TCP 套接字封装
 */
class TcpSocket {
public:
    TcpSocket(int fd = -1) : fd_(fd) {}
    
    int GetFd() const { return fd_; }
    
    bool Socket() {
        fd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (fd_ < 0) { perror("socket"); return false; }
        int opt = 1;
        setsockopt(fd_, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
        return true;
    }
    
    bool Bind(const std::string& ip, uint16_t port) {
        struct sockaddr_in addr = {};
        addr.sin_family = AF_INET;
        addr.sin_port = htons(port);
        addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
        if (bind(fd_, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
            perror("bind"); return false;
        }
        return true;
    }
    
    bool Listen(int backlog) {
        if (listen(fd_, backlog) < 0) { perror("listen"); return false; }
        return true;
    }
    
    bool Accept(TcpSocket* new_sock, std::string* ip = nullptr, uint16_t* port = nullptr) {
        struct sockaddr_in client = {};
        socklen_t len = sizeof(client);
        int new_fd = accept(fd_, (struct sockaddr*)&client, &len);
        if (new_fd < 0) { perror("accept"); return false; }
        new_sock->fd_ = new_fd;
        if (ip) *ip = inet_ntoa(client.sin_addr);
        if (port) *port = ntohs(client.sin_port);
        return true;
    }
    
    bool Recv(std::string* buf) const {
        char tmp[4096] = {0};
        ssize_t n = recv(fd_, tmp, sizeof(tmp) - 1, 0);
        if (n <= 0) return false;
        tmp[n] = '\0';
        *buf = tmp;
        return true;
    }
    
    bool Send(const std::string& buf) const {
        ssize_t n = send(fd_, buf.c_str(), buf.size(), 0);
        return n > 0;
    }
    
    void Close() {
        if (fd_ >= 0) { close(fd_); fd_ = -1; }
    }

private:
    int fd_;
};

/**
 * Epoll：对 epoll 三个系统调用的封装（LT 模式）
 */
class Epoll {
public:
    Epoll() {
        epoll_fd_ = epoll_create(10);
        if (epoll_fd_ < 0) {
            perror("epoll_create");
            exit(1);
        }
    }
    
    ~Epoll() {
        if (epoll_fd_ >= 0) close(epoll_fd_);
    }
    
    /**
     * 将 socket 加入 epoll 监控（LT 模式，默认）
     */
    bool Add(const TcpSocket& sock) const {
        int fd = sock.GetFd();
        printf("[Epoll::Add] fd = %d\n", fd);
        
        struct epoll_event ev;
        ev.events = EPOLLIN;        // 关注可读事件（LT 模式，不加 EPOLLET）
        ev.data.fd = fd;            // 保存 fd，epoll_wait 返回时用
        
        int ret = epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);
        if (ret < 0) { perror("epoll_ctl ADD"); return false; }
        return true;
    }
    
    /**
     * 将 socket 从 epoll 监控中删除
     */
    bool Del(const TcpSocket& sock) const {
        int fd = sock.GetFd();
        printf("[Epoll::Del] fd = %d\n", fd);
        
        // Linux 2.6.9 之后，DEL 操作的第四个参数可以传 NULL
        int ret = epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
        if (ret < 0) { perror("epoll_ctl DEL"); return false; }
        return true;
    }
    
    /**
     * 等待就绪事件
     * 返回就绪的 TcpSocket 列表
     */
    bool Wait(std::vector<TcpSocket>* output) const {
        output->clear();
        
        struct epoll_event events[1000];
        // -1：永久阻塞，直到有事件就绪
        int n = epoll_wait(epoll_fd_, events, sizeof(events) / sizeof(events[0]), -1);
        
        if (n < 0) { perror("epoll_wait"); return false; }
        
        // 注意！只遍历到 n，events[n..] 是无效数据
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            TcpSocket sock(events[i].data.fd);
            output->push_back(sock);
        }
        
        return true;
    }

private:
    int epoll_fd_;
};

/**
 * TcpEpollServer（LT 模式）
 */
class TcpEpollServer {
public:
    TcpEpollServer(const std::string& ip, uint16_t port)
        : ip_(ip), port_(port) {}

    bool Start(Handler handler) {
        TcpSocket listen_sock;
        if (!listen_sock.Socket()) return false;
        if (!listen_sock.Bind(ip_, port_)) return false;
        if (!listen_sock.Listen(5)) return false;
        
        printf("[LT Server] 启动，监听 %s:%d\n", ip_.c_str(), port_);

        Epoll epoll;
        epoll.Add(listen_sock);

        for (;;) {
            std::vector<TcpSocket> ready;
            if (!epoll.Wait(&ready)) continue;

            for (size_t i = 0; i < ready.size(); ++i) {
                if (ready[i].GetFd() == listen_sock.GetFd()) {
                    // 有新连接
                    TcpSocket new_sock;
                    std::string client_ip;
                    uint16_t client_port;
                    if (!listen_sock.Accept(&new_sock, &client_ip, &client_port)) continue;
                    
                    printf("[LT Server] 新连接：%s:%d fd=%d\n", 
                           client_ip.c_str(), client_port, new_sock.GetFd());
                    epoll.Add(new_sock);
                    
                } else {
                    // 有数据可读
                    std::string req, resp;
                    if (!ready[i].Recv(&req)) {
                        printf("[LT Server] 客户端断开 fd=%d\n", ready[i].GetFd());
                        epoll.Del(ready[i]);
                        ready[i].Close();
                        continue;
                    }
                    
                    printf("[LT Server] 收到请求：%s\n", req.c_str());
                    handler(req, &resp);
                    ready[i].Send(resp);
                }
            }
        }
        
        return true;
    }

private:
    std::string ip_;
    uint16_t port_;
};

六、ET 模式 epoll 服务器实现

6.1 在 LT 基础上的修改点

ET 模式相比 LT，需要修改两处：

  1. 注册时加上 EPOLLET 标志
  2. 读写都改为非阻塞循环
cpp 复制代码 
// epoll_et_server.hpp
#pragma once
#include <vector>
#include <functional>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <cerrno>
#include <cstdio>
#include <cstring>

// TcpSocket 的 ET 版本，新增非阻塞读写
class TcpSocketET : public TcpSocket {
public:
    TcpSocketET(int fd = -1) : TcpSocket(fd) {}
    
    /**
     * 将这个 socket 设置为非阻塞模式
     */
    bool SetNonBlock() {
        int fl = fcntl(GetFd(), F_GETFL);
        if (fl < 0) { perror("fcntl F_GETFL"); return false; }
        
        int ret = fcntl(GetFd(), F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);
        if (ret < 0) { perror("fcntl F_SETFL"); return false; }
        
        return true;
    }
    
    /**
     * 非阻塞接收：循环读取直到 EAGAIN，确保读完所有数据
     * ET 模式必须这样写！
     */
    bool RecvNonBlock(std::string* buf) const {
        buf->clear();
        char tmp[1024 * 10] = {0};
        
        for (;;) {
            ssize_t n = recv(GetFd(), tmp, sizeof(tmp) - 1, 0);
            
            if (n > 0) {
                tmp[n] = '\0';
                *buf += tmp;
                // 如果读到的数据比缓冲区小，说明已经读完了
                if (n < (ssize_t)(sizeof(tmp) - 1)) break;
                // 否则可能还有数据，继续读
            } else if (n == 0) {
                // 对端关闭
                return false;
            } else {
                // n < 0
                if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                    // 缓冲区已空，读完了，这是正常情况
                    break;
                } else if (errno == EINTR) {
                    continue;  // 被信号中断，重试
                } else {
                    perror("recv");
                    return false;
                }
            }
        }
        
        return true;
    }
    
    /**
     * 非阻塞发送：循环发送直到全部发完
     * 如果发送缓冲区满了，等待再发，为了演示简化这里直接 busy retry；生产环境应配合 EPOLLOUT + outbuffer。
     */
    bool SendNonBlock(const std::string& buf) const {
        ssize_t cur_pos = 0;
        ssize_t left = buf.size();
        
        for (;;) {
            ssize_t n = send(GetFd(), buf.data() + cur_pos, left, 0);
            
            if (n >= 0) {
                cur_pos += n;
                left -= n;
                if (left <= 0) break;  // 全部发完
            } else {
                if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                    // 发送缓冲区满了，等一会儿再发
                    continue;
                } else if (errno == EINTR) {
                    continue;
                } else {
                    perror("send");
                    return false;
                }
            }
        }
        
        return true;
    }
};

/**
 * ET 模式的 Epoll 封装
 */
class EpollET {
public:
    EpollET() {
        epoll_fd_ = epoll_create(10);
        if (epoll_fd_ < 0) { perror("epoll_create"); exit(1); }
    }
    
    ~EpollET() { if (epoll_fd_ >= 0) close(epoll_fd_); }
    
    /**
     * 加入 epoll 监控
     * @param use_et 是否使用 ET 模式
     */
    bool Add(int fd, bool use_et = false) const {
        printf("[EpollET::Add] fd=%d, ET=%s\n", fd, use_et ? "yes" : "no");
        
        struct epoll_event ev;
        ev.data.fd = fd;
        ev.events = EPOLLIN;
        if (use_et) {
            ev.events |= EPOLLET;  // 加上 ET 标志
        }
        
        int ret = epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);
        if (ret < 0) { perror("epoll_ctl ADD"); return false; }
        return true;
    }
    
    bool Del(int fd) const {
        printf("[EpollET::Del] fd=%d\n", fd);
        int ret = epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
        if (ret < 0) { perror("epoll_ctl DEL"); return false; }
        return true;
    }
    
    /**
     * 等待就绪事件，返回就绪的 fd 列表
     */
    bool Wait(std::vector<int>* output) const {
        output->clear();
        
        struct epoll_event events[1000];
        int n = epoll_wait(epoll_fd_, events, 1000, -1);
        
        if (n < 0) { perror("epoll_wait"); return false; }
        
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            output->push_back(events[i].data.fd);
        }
        
        return true;
    }

private:
    int epoll_fd_;
};

/**
 * ET 模式的 TCP Epoll 服务器
 * 注意：listen_sock 用 LT 模式（简化实现），new_sock 用 ET 模式
 */
class TcpEpollServerET {
public:
    TcpEpollServerET(const std::string& ip, uint16_t port)
        : ip_(ip), port_(port) {}

    bool Start(std::function<void(const std::string&, std::string*)> handler) {
        // 1. 创建并初始化监听 socket
        listen_fd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        int opt = 1;
        setsockopt(listen_fd_, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
        
        struct sockaddr_in addr = {};
        addr.sin_family = AF_INET;
        addr.sin_port = htons(port_);
        addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_.c_str());
        
        bind(listen_fd_, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
        listen(listen_fd_, 5);
        
        printf("[ET Server] 启动，监听 %s:%d\n", ip_.c_str(), port_);
        
        // 2. 创建 Epoll，将 listen_sock 以 LT 模式加入
        //    注意：listen_sock 不用 ET，因为如果用 ET，大量连接同时到来时，
        //    只会触发一次，可能丢失连接
        EpollET epoll;
        epoll.Add(listen_fd_, false);  // listen_sock: LT 模式
        
        // 3. 事件循环
        for (;;) {
            std::vector<int> ready;
            if (!epoll.Wait(&ready)) continue;
            
            for (int fd : ready) {
                if (fd == listen_fd_) {
                    // 有新连接
                    struct sockaddr_in client = {};
                    socklen_t len = sizeof(client);
                    int new_fd = accept(listen_fd_, (struct sockaddr*)&client, &len);
                    
                    if (new_fd < 0) { perror("accept"); continue; }
                    
                    printf("[ET Server] 新连接 fd=%d, from %s:%d\n",
                           new_fd, inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
                    
                    // 关键：new_sock 设为非阻塞，以 ET 模式加入 epoll
                    TcpSocketET new_sock(new_fd);
                    new_sock.SetNonBlock();           // 必须设为非阻塞！！
                    epoll.Add(new_fd, true);          // ET 模式加入 epoll
                    
                } else {
                    // 有数据可读（ET 模式，必须非阻塞循环读完）
                    TcpSocketET client_sock(fd);
                    std::string req, resp;
                    
                    if (!client_sock.RecvNonBlock(&req)) {
                        // 读取失败或对端关闭
                        printf("[ET Server] 客户端断开 fd=%d\n", fd);
                        epoll.Del(fd);
                        close(fd);
                        continue;
                    }
                    
                    printf("[ET Server] fd=%d 收到：%s\n", fd, req.c_str());
                    
                    handler(req, &resp);
                    client_sock.SendNonBlock(resp);
                    
                    printf("[ET Server] fd=%d 响应：%s\n", fd, resp.c_str());
                }
            }
        }
        
        return true;
    }

private:
    std::string ip_;
    uint16_t port_;
    int listen_fd_;
};

七、选择 LT 还是 ET？

7.1 决策树

bash 复制代码 
需要用 epoll？
  ↓
代码复杂度优先（简单优先）？
  → LT 模式（更容易写对）

性能优先，且连接非常活跃（高频短消息）？
  → ET 模式（减少 epoll_wait 触发次数）

参考主流框架的选择？
  Nginx → ET 模式
  Redis → LT 模式（性能够用，代码简单）
  Node.js → LT 模式

7.2 ET 的潜在陷阱

陷阱 1：忘记设置非阻塞

cpp 复制代码 
// ❌ ET 模式下如果还是阻塞 fd：
// - 你只 read 一次可能读不空 → 剩余数据滞留，但 ET 不再通知
// - 如果你写循环 read 想"读空"，读到缓冲区空那一下会阻塞等待新数据 → 线程被卡住
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);  // ev.events = EPOLLIN | EPOLLET
ssize_t n = read(fd, buf, sizeof(buf));

陷阱 2：ET 下 listen_sock 也设置了 ET

cpp 复制代码 
// ❌ listen_sock 设置 ET，大量连接同时到来时：
// - ET 只通知一次
// - 你只 accept 一次
// - 剩余连接永远不被处理
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ev);

// ✅ 正确：listen_sock 用 LT，或者 ET 下用非阻塞循环 accept
// 方式1：listen_sock 不加 EPOLLET（保持 LT）
ev.events = EPOLLIN;  // 不加 EPOLLET

// 方式2：ET 下非阻塞循环 accept
while (true) {
    int new_fd = accept(listen_fd, ...);
    if (new_fd < 0) {
        if (errno == EAGAIN) break;  // 没有更多连接了
        break;
    }
    // 处理新连接...
}

陷阱 3：ET 写就绪的处理

cpp 复制代码 
// ET 下，发送缓冲区变成"可写"时只通知一次
// 如果没发完，不会再次通知
// 需要在发送未完成时，注册 EPOLLOUT 事件
// 发完后，关闭 EPOLLOUT 监控（避免频繁触发）

// 如果 outbuffer 没发完：
struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET;
ev.data.fd = fd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);  // 修改，加上 EPOLLOUT

// 等 EPOLLOUT 触发，继续发剩余数据
// 发完后取消 EPOLLOUT：
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);

八、epoll 的使用场景与性能分析

8.1 最适合 epoll 的场景

bash 复制代码 
epoll 高性能的前提：
  连接数多 且 活跃连接比例低

比如：
  Web 服务器：10000 个连接，每次只有 100 个活跃
  IM 服务器：百万连接，大部分时间只是保持心跳
  这种场景下，epoll 完虐 select/poll

不适合 epoll 的场景：
  连接数少（比如只有 10 个服务端）
  几乎所有连接都很活跃（比如内部 RPC）
  这种场景下，select/poll 和 epoll 差距不大

九、关于"epoll 使用内存映射"的常见误解

9.1 网上的错误说法

很多博客说：

"epoll 使用 mmap 内存映射，内核直接将就绪队列映射到用户态，避免了内存拷贝。"

这个说法是不准确的！

9.2 正确的理解

我们调用 epoll_wait 时传入的 struct epoll_event events[] 数组是在用户空间分配的内存：

c 复制代码 
struct epoll_event events[1000];  // 用户空间
int n = epoll_wait(epfd, events, 1000, -1);
// 内核把就绪事件从内核空间拷贝到 events 数组（用户空间）

内核确实要拷贝数据到用户空间，并没有用 mmap 绕过拷贝。

epoll 的效率来自于：

  1. 只拷贝就绪的 fd 而不是所有 fd（O(就绪数) vs O(总fd数)）
  2. 回调机制，不需要轮询

十、epoll 惊群问题（面试加分项）

10.1 什么是惊群问题？

多进程/多线程服务器，多个进程/线程共享同一个 epoll fd，同时等待：

bash 复制代码 
进程1：epoll_wait(epfd, ...)
进程2：epoll_wait(epfd, ...)
进程3：epoll_wait(epfd, ...)

一个连接来了：
  → 内核唤醒所有进程/线程
  → 只有一个进程/线程能 accept 成功
  → 其他进程白白被唤醒，浪费资源

这就是"惊群"------一个事件惊动了所有在睡觉的进程。

10.2 解决方案

c 复制代码 
// 方案1：EPOLLEXCLUSIVE（Linux 4.5+）
// 使用排他性唤醒，只唤醒一个进程
ev.events = EPOLLIN | EPOLLEXCLUSIVE;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ev);

// 方案2：EPOLLONESHOT
// 每个 fd 只触发一次，处理完后需要重新注册
ev.events = EPOLLIN | EPOLLONESHOT;

// 方案3：Nginx 的解决方案
// 用互斥锁控制哪个 worker 持有 accept 权限
// 同一时刻只有一个 worker 的 epoll 监控 listen_fd

十一、select / poll / epoll 终极对比

比较维度 select poll epoll
接口 三个 fd_set，使用麻烦 pollfd 数组，比 select 好用 三个系统调用，功能分离，最清晰
fd 上限 1024（FD_SETSIZE） 无限制（受系统限制） 无限制（受系统限制）
内存拷贝 每次全量拷贝 fd_set 每次全量拷贝 pollfd 数组 只在 epoll_ctl 时拷贝，不频繁
查找就绪 O(n) 遍历 O(n) 遍历 O(k)，就绪链表直接取
工作模式 LT only LT only LT + ET
适用连接数 < 100 < 1000 万级以上
跨平台 全平台 类 Unix Linux 专属
典型应用 教学用 中等规模 Nginx / Redis / Node.js

十二、总结

12.1 核心要点

# 要点 关键细节
1 三个系统调用 create（创建）→ ctl（注册/修改/删除）→ wait（等待）
2 红黑树 + 就绪链表 红黑树管理所有 fd，就绪链表存放就绪 fd
3 回调机制 数据到来时驱动回调，fd 自动进就绪链表
4 LT vs ET LT 重复通知，ET 一次通知；ET 必须非阻塞
5 epoll_wait 遍历到 n 只有 [0, n) 是有效的就绪事件，不要多遍历

12.2 面试答题模板

Q：说说 epoll 和 select 的区别？

select 的三个缺陷：① fd 数量上限 1024；② 每次调用全量拷贝 fd_set 到内核；③ 返回后需要 O(n) 遍历找就绪 fd。

epoll 的解决方案：① 内核红黑树维护所有注册 fd，无数量限制；② epoll_ctl 只在注册时拷贝，不频繁；③ 驱动回调机制，就绪 fd 自动进就绪链表，epoll_wait 直接取，O(k)。

同时 epoll 支持 LT 和 ET 两种工作模式，ET 模式下需配合非阻塞 IO 使用，性能更高。

💬 总结 ：epoll 是 Linux IO 多路复用的顶点，红黑树 + 就绪链表 + 回调机制的组合彻底解决了 select/poll 的性能瓶颈。LT 和 ET 两种工作模式各有适用场景，ET 虽然高效，但对代码要求更高（必须非阻塞循环读写）。理解了 epoll 的工作原理，你就真正理解了为什么 Nginx 能支撑百万并发。下一篇，我们在 epoll 之上搭建 Reactor 反应堆模式------这是工程级高性能服务器的架构基础，把 epoll 的能力发挥到极致。

👍 点赞、收藏与分享：epoll 是后端和系统开发的必备知识。搞懂了这篇，下一篇 Reactor 会顺理成章！💪🚀

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