文章目录 协程和IO多路复用IO阻塞问题阻塞式IO非阻塞式IOIO多路复用selectpollepoll IO多路复用结合协程
IO阻塞问题
我们知道。通过操作系统记录的进程控制信息，可以找到打开文件描述符表。其中，打开的文件、创建的socket等等，都会记录到这张表里面。
socket的所有操作都由操作系统来提供，也就是要通过系统调用来完成。每创建一个socket，就会在打开文件描述符表中对应增加一条记录，而返回给应用程序的只有一个socket描述符，用于识别不同的socket。而且每个TCP socket在创建时，操作系统都会为它分配一个读缓冲区和一个写缓冲区。
要获得响应数据，就要从读缓冲区拷贝过来。同样的要通过socket发送数据，也要先把数据拷贝到写缓冲区才行。所以，问题出现了：
用户程序想要读数据的时候，读缓冲区里未必有数据，想发送数据的时候，写缓冲区里也未必有空间。那怎么办？
第一种办法是阻塞式IO，即乖乖的让出CPU，进到等待队列里。等socket就绪后，再次获得时间片就可以继续执行了。
使用阻塞式IO，要处理一个socket就要占用一个线程。等这个socket处理完成才能接手下一个，这在高并发场景下会加剧调度开销。
第二种方法是：非阻塞式IO，也就是不让出CPU。但是需要频繁的检查socket是否就绪了，这是一种忙等待的方式，很难把握轮询的间隔时间，容易造成空耗CPU，加剧响应延时。
第三种办法就是IO多路复用，由操作系统提供支持，把需要等待的socket加入到监听集合，这样就可以通过一次系统调用，同时监听多个socket。
有socket就绪了，就可以逐个处理了。既不用为等待某个socket而阻塞，也不会陷入忙等待之中。
Linux提供了三种IO多路复用实现方式，分别是select、poll 和 epoll。
select
第一种是select。
我们可以设置要等待的描述符，也可以设置等待超时时间。如果有准备好的fd，或达到指定超时时间，select函数就会返回。
从函数签名来看，它支持监听可读、可写、异常三类事件。
因为这个fd_set是个unsigned long型的数组。共16个元素，每一位对应一个fd，最多可以监听1024个，这就有点少了。
而且每次调用select都要传递所有的监听集合。这就需要频繁的从用户态到内核拷贝数据。除此之外，即便有fd就绪了，也需要遍历整个监听集合，来判断哪个fd是可操作的。这些都会影响性能。
第二种IO多路复用的实现方式是poll。
虽然支持的fd数目，等于最多可以打开的文件描述符个数。但是另外两个问题依然存在。
epoll
而epoll就没有这些问题了，它提供三个接口。
epoll_create1用于创建一个epoll，并获取一个句柄。epoll_ctl用于添加或删除fd与对应的事件信息。除了指定fd和要监听的事件类型，还可以传入一个event data，通常会按需定义一个数据结构，用于处理对应的fd。可以看到，每次都只需传入要操作对的一个fd，无需传入所有监听集合，而且只需要注册这一次。通过epoll_wait得到的fd集合都是以及就绪的，逐个处理即可，无需遍历所有监听集合。通过IO多路复用，线程再也不用为等待某一个socket，而阻塞或空耗CPU。并发处理能力因而大幅提升。
IO多路复用结合协程
但是IO多路复用也并非没有问题，例如：一个socket可读了，但是这回只读到了半条请求，也就是说需要再次等待这个socket可读。在继续处理下一个socket之前，需要记录下这个socket的处理状态。下一次这个socket可读时，也需要恢复上次保存的现场，才好继续处理。
也就是说，在IO多路复用中实现业务逻辑时，我们需要随着事件的等待和就绪，而频繁的保存和恢复现场，这并不符合常规的开发习惯。如果业务逻辑比较简单还好，若是比较复杂的业务场景，就有些悲剧了。
既然业务处理过程中，要等待事件时，需要保存现场并切换到下一个就绪的fd。而事件就绪时，又需要恢复现场继续处理。那岂不是很适合使用协程？
在IO多路复用这里，事件循环依然存在，依然要在循环中逐个处理就绪的fd，但处理过程却不是围绕具体业务，而是面向协程调度。
如果是用于监听端口的fd就绪了，就建立连接创建一个新的fd，交给一个协程来负责, 协程执行入口就指向业务处理函数入口，业务处理过程中，需要等待时就注册IO事件，然后让出，这样，执行权就会回到切换到该协程的地方继续执行。如果是其它等待IO事件的fd就绪了，只需要恢复关联的协程即可。
协程拥有自己的栈，要保存和恢复现场都很容易实现。这样，IO多路复用这一层的事件循环，就和具体业务逻辑解耦了。
可以把read、write、connect等可能会发生等待的函数包装一下，在其中实现IO事件注册与主动让出。这样在业务逻辑层面，就可以使用这些包装函数，按照常规的顺序编程方式，来实现业务逻辑了。
这些包装函数在需要等待时，就会注册IO事件，然后让出协程，这样我们在实现业务逻辑时，就完全不用担心保存与恢复现场的问题了。
协程和IO多路复用之间的合作，不仅保留了IO多路复用的高并发性能，还解放了业务逻辑的实现。
协程与IO多路复用结合的项目：
https://github.com/fengyoulin/ef
参考资料：
https://www.bilibili.com/video/BV1a5411b7aZ?spm_id_from=333.999.0.0