使用poll()实现高效的IO多路复用

# 1. 引言

## 1.1 什么是IO多路复用

IO多路复用是一种高效的IO模型，它允许一个进程同时监控多个文件描述符（包括套接字）的可读、可写和异常等事件，从而实现同时处理多个IO操作的能力。在传统的阻塞IO模型中，一个线程只能处理一个IO操作，当IO操作阻塞时，线程就会一直等待，无法对其他事件进行响应，导致效率低下。

IO多路复用的实现原理是通过操作系统提供的相关系统调用函数，例如select、poll、epoll等，来监听多个文件描述符上的事件，并通过内核通知应用程序哪些文件描述符可读、可写或出现异常。应用程序可以根据这些事件进行相应的处理，从而实现并发处理多个IO操作。

## 1.2 `poll()`函数的概述

`poll()`函数是一种基于事件驱动的IO多路复用机制，它是Unix系统中的一个系统调用，用于检测一组文件描述符的状态变化。`poll()`函数可以同时监视并等待多个文件描述符上的事件，当有事件发生时，`poll()`函数会返回。在调用`poll()`函数之后，进程将会被阻塞，直到有文件描述符上的事件发生或者超时。

`poll()`函数与其他IO多路复用函数（如`select()`和`epoll()`）相比，具有一些优势。例如，`poll()`没有文件描述符个数的限制（只受系统资源限制），使用起来更加方便；并且`poll()`支持的事件类型更多，能够检测文件描述符上的可读、可写和异常等事件。

在接下来的章节中，我们将详细介绍`poll()`函数的使用方法和特性，以及如何通过`poll()`函数实现基础的IO多路复用。

# 2. poll()函数的使用

poll()函数是在IO多路复用中常用的一种方法，它可以监视一组文件描述符的状态，从而实现同时监视多个IO事件的能力。在本章中，我们将详细介绍poll()函数的使用方法和基本用法。

#### 2.1 poll()函数的参数和返回值

poll()函数的参数包括一个指向一个pollfd结构体数组的指针，一个表示数组中元素个数的整数，和一个表示超时时间的整数。其中，pollfd结构体定义如下：

struct pollfd {
    int fd;         // 文件描述符
    short events;   // 需要监视的事件
    short revents;  // 实际发生的事件
};

poll()函数返回一个正整数，表示发生事件的文件描述符个数，若返回0表示超时，若返回-1表示出错。

#### 2.2 poll()函数的基本用法

首先需要创建一个pollfd结构体数组，并初始化每个数组元素的fd和events字段。然后，调用poll()函数并传入该数组作为参数。最后，根据返回结果遍历数组，并根据revents字段判断发生的事件类型。

以下是一个使用poll()函数的基本示例代码：

import java.io.IOException;
import java.nio.channels.SelectableChannel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class Example {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        while (true) {
            int readyChannels = selector.select();
            if (readyChannels == 0) {
                continue;
            }
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (keyIterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                if (key.isAcceptable()) {
                    // 处理新的连接请求
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 处理可读事件
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    // 读取数据并处理
                }
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
}

上述代码实现了一个基于poll()的服务器，其中首先创建了一个Selector对象并打开了一个ServerSocketChannel，然后将ServerSocketChannel注册到Selector上，并设置为只关注接受连接事件。接下来进