1：回顾select和poll的核心特点
epoll是为了解决select/poll的性能缺陷设计的，先明确两者的短板，才能理解epoll的优势
1：select的核心
API
cpp
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);- 数据结构 ：用3 个位图分别监听读、写、异常事件。
- 致命缺陷 ：
- fd 有上限：默认 1024，修改需重新编译内核；
- 输入输出合一：位图需要每次循环重置，使用繁琐；
- 全量拷贝：每次调用都把所有 fd 从用户态拷贝到内核态；
- O (n) 遍历：返回后必须遍历所有 fd 找就绪，并发高时效率暴跌。
2：poll核心
API
cpp
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);- 数据结构 ：
pollfd结构体数组（fd+监听事件events+返回事件revents）。 - 改进点 ：
- 无 fd 数量上限（仅受内存限制）；
- 输入输出分离，不用重置参数。
- 未解决的缺陷 ：
- 每次调用仍全量拷贝结构体数组到内核；
- 返回后仍O (n) 遍历所有 fd 找就绪；
- 高并发、少就绪场景下，效率依然极低。
2：epoll的核心理论
epoll是Linux 2.5.44内核引入的高性能I/O多路转接方案，专为大批量fd，高并发场景设计，是Nginx/Redis/网关的核心依赖
1：epoll三大系统调用
epoll把注册事件和等待事件拆分独立调用，从根源解决性能问题。
1：epoll_create：创建epoll句柄
cpp
int epoll_create(int size);- 作用：在内核创建
eventpoll结构体，返回 epoll 文件描述符； - 注意：Linux2.6.8 后
size参数被忽略，用完必须close关闭。
2：epoll_ctl：事件注册/修改/删除（只调用一次）
cpp
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);- 核心作用：提前把要监听的 fd 告诉内核，不用每次循环重复传递；
op参数（3 种操作）：EPOLL_CTL_ADD：注册新 fd 到 epoll；EPOLL_CTL_MOD：修改已注册 fd 的监听事件；EPOLL_CTL_DEL：从 epoll 中删除 fd；
epoll_event结构体：
cpp
typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; } epoll_data_t;
struct epoll_event { uint32_t events; epoll_data_t data; };常用事件宏：
EPOLLIN：可读；EPOLLOUT：可写；EPOLLET：边缘触发；EPOLLONESHOT：只监听一次。
3：epoll_wait：等待就绪事件（核心调用）
cpp
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);- 作用：只返回已就绪的 fd，不用遍历全量；
- 参数：
events：用户态数组，内核把就绪事件拷贝到这里；maxevents：数组最大长度；timeout：-1 = 永久阻塞，0 = 立即返回，>0 = 超时毫秒数；
- 返回值：就绪 fd 数量，0 = 超时，<0 = 出错。
2：epoll内核工作原理
内核为每个 epoll 句柄创建 **eventpoll结构体 **，包含两个关键成员：
- 红黑树
rbr：存储所有被监听的 fd，高效增删改查 + 去重（O (logn)）； - 就绪链表
rdlist：仅存储已就绪的 fd，epoll_wait 直接读取（O (1)）。
完整工作流程
epoll_ctl添加 fd 时，fd 挂载到红黑树 ，并与网卡驱动绑定回调函数ep_poll_callback；- fd 就绪（有数据 / 可写）时，驱动触发回调，将 fd 加入就绪链表；
epoll_wait直接拷贝就绪链表的 fd 到用户态，仅返就绪数量，无需遍历。
3：epoll两种触发模式
1：水平触发LT
- 原理：只要 fd 缓冲区有数据 / 可写 ，
epoll_wait就持续返回就绪； - 例子：缓冲区 2KB 数据，read 读 1KB，下次
epoll_wait仍通知读就绪，直到读完； - 特点：支持阻塞 / 非阻塞 IO，编程简单，不易丢数据。
2：边缘触发ET
- 原理：仅当 fd从未就绪→就绪 时，仅通知一次；
- 例子：缓冲区 2KB 数据，read 读 1KB，下次
epoll_wait不再通知，直到新数据到来； - 强制要求：必须搭配非阻塞 fd，必须一次性读完 / 写完所有数据；
- 优势：减少
epoll_wait触发次数，性能更高（Nginx 默认用 ET）； - 缺点：编程复杂度高，容易丢数据。
4：epoll核心优点
- 无 fd 上限：仅受系统内存限制；
- 极少拷贝 ：仅
epoll_ctl时拷贝 fd 到内核，epoll_wait不重复拷贝； - O (1) 就绪检测：直接读就绪链表，不用遍历全量 fd；
- 输入输出分离：事件注册与返回分离，无需重置参数；
- 支持 ET 高效模式：极致适配高并发。
epoll没有使用内存映射 (mmap) ，就绪事件仍需内核→用户态拷贝，但仅拷贝就绪的少量 fd，开销极低。
3：select/poll/epoll的全方位对比
| 对比维度 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 底层数据结构 | 3 个位图 | pollfd 结构体数组 | 内核红黑树 + 就绪链表 |
| fd 数量上限 | 有（默认 1024） | 无（内存限制） | 无（内存限制） |
| 用户态→内核态拷贝 | 每次全量拷贝 | 每次全量拷贝 | 仅注册时拷贝 1 次 |
| 就绪 fd 查找效率 | 遍历全量 fd（O (n)） | 遍历全量 fd（O (n)） | 直接读就绪链表（O (1)） |
| 触发模式 | 仅水平触发 LT | 仅水平触发 LT | 支持 LT+ET 两种 |
| 编程复杂度 | 极高（重置位图 + 算最大 fd） | 中等（无需重置） | 低（三部曲，事件分离） |
| 性能 | 低（并发 > 1000 暴跌） | 中（无上限但仍遍历） | 高（高并发优势极大） |
| 跨平台性 | 全 Unix/Linux 支持 | 全 Unix/Linux 支持 | 仅 Linux 支持 |
| 适用场景 | 少量 fd、跨平台 | 中等 fd、跨平台 | Linux 高并发、大批量连接 |
4：epoll实战代码
1：EpollLoop.hpp
cpp
#pragma once
#include "EventLoop.hpp"
#include "../connection/Connection.hpp"
#include <vector>
#include <sys/epoll.h>
#include <mutex>
#include <unistd.h>
class EpollLoop : public EventLoop{
public:
bool init() override;
bool addConnection(Connection* conn) override;
void run() override;
~EpollLoop();
private:
int m_epfd;//epoll实力文件描述符
std::vector<Connection*> m_connections;
std::mutex mtx;
//epoll最大监听数
static const int MAX_EVENTS = 1024;
};2：EpollLoop.cpp
cpp
#include "EpollLoop.hpp"
#include "../../config/Config.hpp"
#include "../log/Logger.hpp"
#include "../utils/Utils.hpp"
#include "../connection/Connection.hpp"
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <algorithm>
EpollLoop::~EpollLoop()
{
Utils::closefd(m_epfd);
}
//初始化Epoll
bool EpollLoop::init()
{
//创建epoll实例(EPOLL_CLOEXEC进程自动关闭释放)
m_epfd=epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
if(Utils::checkError(m_epfd,"Epoll create"))
{
LOG_INFO("Epoll created successfully");
m_connections.clear();
return true;
}
return false;
}
//添加客户端到epoll
bool EpollLoop::addConnection(Connection* conn)
{
if(conn==nullptr||m_epfd<0)
{
LOG_FATAL("Epoll addConnection failed");
return false;
}
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
int clientfd=conn->getFd();
struct epoll_event ev{};
ev.events = EPOLLIN;//监听读事件
ev.data.ptr = conn;//直接绑定连接对象,高效查找
//EPOLL_CTL_ADD.添加fd到epoll
if(epoll_ctl(m_epfd,EPOLL_CTL_ADD,clientfd,&ev)<0)
{
LOG_FATAL("epoll_ctl add failed,fd=%d",clientfd);
return false;
}
m_connections.push_back(conn);
LOG_INFO("EpollLoop added connection fd=%d", clientfd);
return true;
}
//epoll事件循环
// 作用：持续监听所有客户端的IO事件（读事件），有消息就处理，没有就阻塞等待
// 运行在独立的子线程中，不阻塞主线程接收新连接
void EpollLoop::run()
{
LOG_INFO("EpollLoop event loop startd:%p",pthread_self());
// 定义事件数组：接收内核返回的【就绪客户端事件】，最大存储1024个
struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
bool has_valid_event=true;
while(true)
{
//线程安全拷贝
std::vector<Connection*> tmpConns;
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
tmpConns = m_connections;
}
// 参数说明：
// m_epfd：epoll实例描述符
// events：存储就绪事件的数组
// MAX_EVENTS：最大监听事件数
// 5000：超时时间5000ms=5秒，超时自动返回，不会永久卡死
int eventnum = epoll_wait(m_epfd,events,MAX_EVENTS,5000);
// eventnum <= 0:代表超时 或 系统调用出错，不处理任何逻辑
if(eventnum<=0)
{
continue;
}
else
{
if(has_valid_event)
{
LOG_INFO("Epoll Success");
has_valid_event=false;
}
}
//处理事件
for(int i=0;i<eventnum;i++)
{
//从epoll事件中,取出我们绑定的Connection连接对象（裸指针）
Connection* conn =(Connection*)events[i].data.ptr;
// ===================== 安全过滤：跳过已断开的客户端 =====================
// 客户端断开后，状态为CLOSED，直接跳过，不处理，避免野指针/无限打印
if(conn == nullptr || conn->getStatus() == ConnStatus::CLOSED)
{
continue;
}
//处理正确事件
// EPOLLIN：内核通知，客户端有数据可以读取
if(events[i].events & EPOLLIN)
{
conn->readData();
}
}
}
}