掌握C++非阻塞IO（从零构建高性能异步网络程序）

如何在Linux下设置非阻塞套接字？

在 Linux 系统中，我们可以使用 fcntl() 函数将一个 socket 设置为非阻塞模式。下面是一个完整的示例：

#include <sys/socket.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#include <iostream>// 将文件描述符 fd 设置为非阻塞模式bool setNonBlocking(int fd) {    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);    if (flags == -1) {        std::cerr << "fcntl(F_GETFL) failed" << std::endl;        return false;    }        if (fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) == -1) {        std::cerr << "fcntl(F_SETFL) failed" << std::endl;        return false;    }        return true;}int main() {    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    if (sockfd == -1) {        std::cerr << "Failed to create socket" << std::endl;        return 1;    }        if (!setNonBlocking(sockfd)) {        close(sockfd);        return 1;    }        std::cout << "Socket is now non-blocking!" << std::endl;    close(sockfd);    return 0;}

结合 select/poll/epoll 实现事件驱动

单独使用非阻塞IO还不够高效，我们需要配合 I/O 多路复用机制（如 select、poll 或更高效的 epoll）来监听多个文件描述符的状态变化。

以下是一个使用 epoll 的简化示例，展示如何监听多个非阻塞 socket：

#include <sys/epoll.h>#include <vector>const int MAX_EVENTS = 10;int epfd = epoll_create1(0);// 假设我们已经有一个非阻塞的监听 socket: listen_sockstruct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];ev.events = EPOLLIN; // 监听可读事件ev.data.fd = listen_sock;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev);while (true) {    int nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);    for (int i = 0; i < nfds; ++i) {        if (events[i].data.fd == listen_sock) {            // 接受新连接            int client_fd = accept(listen_sock, nullptr, nullptr);            if (client_fd != -1) {                setNonBlocking(client_fd);                ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边缘触发模式                ev.data.fd = client_fd;                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &ev);            }        } else {            // 处理客户端数据（非阻塞读取）            char buffer[1024];            ssize_t n = read(events[i].data.fd, buffer, sizeof(buffer));            if (n > 0) {                // 处理数据                write(events[i].data.fd, buffer, n); // 回显            } else if (n == -1 && errno == EAGAIN) {                // 没有更多数据，继续等待                continue;            } else {                // 连接关闭或出错                close(events[i].data.fd);                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, nullptr);            }        }    }}

为什么非阻塞IO对高性能服务器开发至关重要？

在 高性能服务器开发 中，每秒可能需要处理成千上万的并发连接。如果每个连接都使用一个线程（即“每连接一线程”模型），系统将很快耗尽内存和 CPU 资源。

而非阻塞IO配合事件循环（如基于 epoll 的 Reactor 模式），可以在单个线程中高效管理数万个连接，极大降低资源开销，提升吞吐量和响应速度。这也是 Nginx、Redis 等高性能服务的核心设计思想。

小结

通过本教程，你已经了解了：

• 非阻塞IO的基本原理
• 如何在 C++ 中设置非阻塞 socket
• 如何结合 epoll 实现事件驱动的网络程序
• 非阻塞IO在 C++非阻塞IO、异步IO编程、C++网络编程 和 高性能服务器开发 中的核心价值

下一步，你可以尝试使用成熟的网络库（如 Boost.Asio、libevent 或 muduo）来简化开发，但理解底层原理永远是成为高手的第一步！