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IO多路复用技术multiplexing是什么_数据库

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IO多路复用技术multiplexing是什么？什么是IO多路复用?

举个例子：

假设我们需要编写一个echo服务器程序，功能是：

响应用户从标准输入端键入的命令。接收网络客户端发起的连接请求。

这其实是2个不同IO事件，该如何等待请求和处理命令呢？

若服务器在accept中一直等待网络客户端连接，就不能处理输入命令，反过来在read中等待用户键入命令，那就不能接受客户端请求，你会说我们可以使用多进程或多线程，但我们希望不要引起多余的上下文切换，使用单线程来处理可以吗？IO多路复用就是这种解决方法，基本思路是使用select函数，该函数会一直挂起来监听的输入IO集合（文件描述符），只有在一个或多个IO事件发生后（状态变为可读），将控制权给应用程序。服务器使用IO多路复用，借助select函数监测IO事件的发生，当监听的文件描述符变为可读时（IO事件发生），服务器就为相应的状态机执行转移，IO多路复用基本思就是复用单一或少量线程处理多种IO事件，并不是为了更快的处理IO，而是可以同时处理多个IO事件，IO事件可以是标准输入输出、socket等。

生活举例：

好比你去银行柜台，三个窗口只有一个服务员，你去办理业务相当于IO事件，办理业务需要填表，这时相当于你的事件还未准备好，服务员可以接收其他窗口的客户，这种场景相当于服务员一个人（单一进程）监听了三个窗口的事件（IO事件），每次轮询询问每个窗口客户是否填好了表格，没好就去下一个窗口询问，填好了就把这个表格交给后台人员处理，当然你可以每个窗口安排一个服务人员，并发进行，但计算机不同的是，早期的cpu大多是单核cpu，cpu是分配时间片区做到并发的，相当于一个人一天的工作时间是固定比如8小时，2小时喝茶，2小时打王者等等，只不过这个人的手速很快，干起活来在你看来好像是瞬间同时完成的，这人就是cpu他就这么快！多核多cpu那是后来才有的事就另说了。

实现系统IO多路复用的方式有哪些？

这里不会介绍每个函数的具体用法，只让读者总体上对多路复用有一个概念模型，深入了解可以参考《深入理解计算机系统》等相关书籍

select函数：系统中的IO被抽象为文件描述符，简单说select函数轮询这些传给他的文件描述符，发现有事件就绪（数据从内核空间到用户空间卡拷贝完成），就将数据读取出来返回给应用程序。

poll函数：和selec函数比较没有本质区别，但没有最大文件描述数量的限制，文件描述符使用链表来存储，上限取决于系统最大文件句柄打开数，select上限是1024个文件描述符

epoll模式：select、poll采用轮询的方式挨个检测每个文件描述符是否就绪，如果描述符太多，每次都要循环查找效率太低，能不能使用回调的方式，当文件描述符就绪时自动回调通知，不用每次循环，从而让复杂度从O（n）降低到O（1） ， 这也是epoll和前2个最大的区别，可以理解为event poll，他是一组函数而不是单个函数来实现多路复用的。

应用场景是什么?

IO多路复用最大应用场景就是用以设计高并发的事件驱动程序，redis是基于内存的数据库，内部使用IO多路复用处理客户端高并发请求(连接、命令、回复）

和redis一样为了逻辑简洁、高并发、避免锁的竞争和上下文切换， mysql 线程池、nodejs也是基于IO多路复用理念来设计的事件驱动程序。

IO多路复用的优缺点？

优点： IO多路复用可以用来设计并发事件驱动程序，相比设计基于多进程、多线程的并发服务器程序来说是比较困难的，利用单线程处理多种IO事件使有限的资源利用最大化，避免多线程的上下文切换、锁的竞争。

缺点：但这样也带来了编码复杂，更大缺点是不能充分体现代多核处理器的优势，更好做法是IO多路复用结合多线程的综合设计理念来设计你的应用程序。