Linux 网络编程进阶：epoll 与 Reactor 模型

一、为什么需要 epoll

阻塞 socket 服务端一次只能等待一个连接或一个读写事件。客户端数量少时问题不大，但连接数变多后，多进程和多线程模型会带来上下文切换、内存占用和调度开销。

Linux 下高并发网络服务常用 epoll。

epoll 适合：

大量连接。
多数连接空闲。
事件驱动服务端。
长连接服务。

二、IO 多路复用

IO 多路复用的核心思想：

1	一个线程同时监听多个 fd，哪个 fd 就绪就处理哪个

常见接口：

select
poll
epoll

epoll 是 Linux 上常用的高性能方案。

三、epoll 基本流程

1	epoll_create1 -> epoll_ctl ADD -> epoll_wait -> handle events

含义：

epoll_create1：创建 epoll 实例。
epoll_ctl：添加、修改、删除监听 fd。
epoll_wait：等待事件发生。
handle events：处理读、写、关闭等事件。

四、事件类型

常见事件：

EPOLLIN   可读
EPOLLOUT  可写
EPOLLERR  错误
EPOLLHUP  对端关闭或挂起
EPOLLET   边缘触发

入门阶段建议先使用默认的水平触发，不要一开始就用 EPOLLET。

五、水平触发和边缘触发

水平触发 LT：

只要 fd 还有数据可读，epoll_wait 就会继续通知。
编程简单。
入门推荐。

边缘触发 ET：

状态变化时通知一次。
必须配合非阻塞 IO。
必须循环读到 EAGAIN。
性能好，但更容易写错。

六、Reactor 模型

Reactor 是一种事件驱动模型：

1	事件监听器 -> 事件分发 -> 事件处理器

一个简单 Reactor 服务端包含：

acceptor：处理新连接。
event loop：等待事件。
connection：保存连接状态。
handler：处理读写逻辑。

伪代码：

while running:
    events = epoll_wait()
    for event in events:
        if event.fd == listen_fd:
            accept new connection
        else if event readable:
            read data and handle request
        else if event writable:
            send pending data

七、非阻塞 IO

epoll 通常和非阻塞 fd 一起使用。

设置非阻塞：

#include <fcntl.h>

int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

非阻塞读写可能返回：

1 2	EAGAIN EWOULDBLOCK

这不是错误，而是表示当前没有数据或暂时不能写。

八、连接状态管理

真实服务不能只保存 fd，还要保存连接状态。

常见字段：

struct connection {
    int fd;
    char read_buf[4096];
    char write_buf[4096];
    size_t write_len;
    size_t write_pos;
};

为什么需要写缓冲？

因为 write 不保证一次写完全部数据。网络繁忙时只能写一部分，剩下的数据要等下次 EPOLLOUT。

九、常见坑

9.1 忘记处理半包和粘包

TCP 是字节流，不保留消息边界。应用层必须设计协议，例如：

固定长度头。
分隔符。
length + body。

9.2 阻塞操作放进事件循环

事件循环里不要做耗时操作，例如：

慢磁盘 IO。
复杂计算。
阻塞数据库请求。
长时间 sleep。

否则一个连接会拖慢所有连接。

9.3 没处理对端关闭

read 返回 0 表示对端关闭连接，需要清理 fd。

9.4 边缘触发没有读到 EAGAIN

ET 模式必须循环读，否则可能再也收不到通知。

十、学习路线

建议：

写阻塞 TCP server。
写多线程 TCP server。
写 select server。
写 epoll LT server。
改成非阻塞。
实现 length + body 协议。
加写缓冲。
再研究 ET 和线程池。

十一、总结

epoll 不是网络编程的起点，而是进阶工具。先理解 socket、阻塞 IO 和 TCP 字节流，再学习 epoll，会更容易理解它解决了什么问题。

Reactor 的核心是事件循环和状态管理。写对一个稳定的 epoll 服务端，重点不只是 API，而是连接生命周期、缓冲区和错误处理。