什么是多路复用
理解完 NIO 模型，我们可能会注意到，在 Linux 中，万物皆文件，而文件的话就得要操作到磁盘，而操作磁盘则需要用户态和内核态的切换。在 NIO 模式下，我们不断的去判断连接是否有数据传过来，这里我们就得操作到磁盘。我们在轮询的过程中不断地切换内核态和用户态，这是非常浪费资源的。
于是，我们想，有没有一种方法可以不用到内核态和用户态的切换。
我们可以把轮询的过程交由内核去完成，当内核监听到有连接收到数据时，再告诉我们，从而我们通过线程去处理它。把轮询交由内核，用户态只需收到结果，这个过程就叫多路复用。
select
select 和 poll 跟我们原先的思路一样，只是让内核去执行轮询过程，当内核知道连接有数据时，再通知用户线程。
select 是基于 bitmap（即位表）来实现的，所以它的长度会受到一定的限制，最大为 1024，有三个 bitmap，分别记录读状态，写状态，异常状态。
poll
poll 用一个结构体对数据进行封装，不需要三个 bitmap 来分别记录状态，而是通过一个 status 属性来表示。然后通过可变数组的形式来管理这些结构体，解决了 select 长度不足的问题。但它们两个都是将文件描述符放到数组中，然后通过内核不断去轮询，判断其状态是否发生改变，若改变则通过回调的方式通知用户线程。
epoll
使用 select 和 poll 时，我们发现了以下三个问题：
- 如何突破文件描述符数量的限制（poll 已经解决）
- 如何避免用户态和内核态对文件描述符集合的拷贝
- 如何避免线性遍历文件描述符集合
针对第一点，epoll 采用了红黑树的结构存储文件描述符，这样来在性能上与 poll 的链表相比有了很大的提升。对于第二点，epoll 只开辟了一个空间，即只用内核来存放文件描述符，用户态也是操作这一份空间。
对于第三点，epoll 新增了一个 socket 就绪链表和回调函数。当连接(socket) 有数据时，会自动触发回调函数，将就绪的 socket 放到链表中，同时告诉用户态过来处理。这样的话内核就不用一直去轮询符号表了，实现了 O(1) 的复杂度。
代码演示
服务端：
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public class EpollServer {
public void static main(String[] args) {
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); // 监听连接的线程组
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); // 处理连接的线程组
try {
// 1. 启动器，负责组装 netty 组件
new ServerBootstrap()
// 2. 添加线程组
.group(bossGroup, workerGroup)
// 3. 选择基于 NIO 的服务端 channel 实现
.channel(NioServerSocketChannel.class)
// 4. 处理流程
.childHandler(
// 5. channel 代表和客户端进行数据读写的通道 Initializer 初始化，负责添加别的 handler
new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
// 6. 添加具体 handler
ch.pipeline().addLast(new StringDecoder()); // 将 bytebuf 转为字符串
ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() { // 自定义handler
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
// 打印上一步转化好的字符串
System.out.println(msg);
super.channelRead(ctx, msg);
}
});
}
})
.bind(8080) // 7. 绑定监听端口
.channel().closeFuture().sync(); // 等待服务端关闭
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}
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客户端：
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public class EpollClient {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 1. 启动类
new Bootstrap()
// 2. 添加 eventLoop
.group(new NioEventLoopGroup())
// 3. 选择客户端 channel 实现
.channel(NioSocketChannel.class)
// 4. 添加处理器
.handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
@Override // 在连接建立后被调用
protected void initChannel(NioSocketChannel nioSocketChannel) throws Exception {
nioSocketChannel.pipeline().addLast(new StringEncoder());
}
})
// 5. 连接到服务器
.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080))
.sync() // 阻塞方法，直到连接建立
.channel() // 代表连接对象
// 6. 向服务器发送数据
.writeAndFlush("hello, world"); // 发送数据
}
}
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