C++多路复用技术详解（从select到epoll的高性能IO处理指南）

常见的多路复用机制

在 Linux 系统中，主要有三种多路复用机制：

• select：最早的多路复用接口，跨平台性好，但性能较差。
• poll：解决了 select 的文件描述符数量限制问题，但依然存在性能瓶颈。
• epoll：Linux 特有，高性能，适用于大规模并发场景，是现代高性能服务器的首选。

select 函数基础用法

我们先来看最经典的 select 函数。它通过位图（fd_set）来管理文件描述符集合。

#include <sys/select.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <unistd.h>#include <vector>#include <iostream>int main() {    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    // 绑定和监听代码省略...    fd_set read_fds;    std::vector<int> client_sockets;    while (true) {        FD_ZERO(&read_fds);        FD_SET(server_fd, &read_fds);        int max_fd = server_fd;        for (int sock : client_sockets) {            FD_SET(sock, &read_fds);            if (sock > max_fd) max_fd = sock;        }        // 阻塞等待事件        int activity = select(max_fd + 1, &read_fds, nullptr, nullptr, nullptr);        if (FD_ISSET(server_fd, &read_fds)) {            // 有新连接            int new_socket = accept(server_fd, nullptr, nullptr);            client_sockets.push_back(new_socket);        } else {            // 处理已有连接的数据            for (auto it = client_sockets.begin(); it != client_sockets.end();) {                if (FD_ISSET(*it, &read_fds)) {                    char buffer[1024];                    int valread = read(*it, buffer, 1024);                    if (valread == 0) {                        close(*it);                        it = client_sockets.erase(it);                    } else {                        // 回显数据                        write(*it, buffer, valread);                        ++it;                    }                } else {                    ++it;                }            }        }    }    return 0;}

虽然 select 简单易懂，但它有明显缺点：每次调用都要传递整个 fd_set，内核需遍历所有描述符，效率低；最大支持 1024 个描述符（可通过修改宏调整，但不推荐）。

epoll 教程：高性能替代方案

对于需要处理成千上万连接的服务器，epoll 教程必不可少。epoll 使用红黑树和就绪队列，只返回活跃的描述符，效率极高。

#include <sys/epoll.h>#include <sys/socket.h>#include <unistd.h>#include <vector>#include <iostream>#define MAX_EVENTS 1024int main() {    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    // 绑定和监听代码省略...    int epfd = epoll_create1(0);    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];    ev.events = EPOLLIN;    ev.data.fd = server_fd;    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, server_fd, &ev);    while (true) {        int nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);        for (int i = 0; i < nfds; ++i) {            if (events[i].data.fd == server_fd) {                // 新连接                int new_fd = accept(server_fd, nullptr, nullptr);                ev.events = EPOLLIN;                ev.data.fd = new_fd;                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, new_fd, &ev);            } else {                // 已有连接有数据                char buffer[1024];                int len = read(events[i].data.fd, buffer, sizeof(buffer));                if (len <= 0) {                    close(events[i].data.fd);                    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, nullptr);                } else {                    write(events[i].data.fd, buffer, len);                }            }        }    }    close(epfd);    return 0;}

总结与建议

- 如果你刚接触网络编程，可以从 select函数 入手，理解基本概念。
- 对于生产环境中的高性能服务器，强烈推荐使用 epoll。
- Windows 平台可使用 IOCP，而 macOS/Linux 推荐 epoll 或 kqueue（macOS）。

掌握 C++多路复用 技术，是构建高性能网络应用的关键一步。希望这篇教程能帮助你顺利入门！