深入 Linux epoll 事件轮询
Netty 系列 · 第 3/8 篇
上一篇：《BIO、NIO、直接内存与零拷贝》 · 下一篇：《Netty 使用与常用组件（上）》
开头：为什么 Netty 在 Linux 上选 epoll？
上一篇知道 NIO 靠 Selector 多路复用；在 Linux 上，JDK 底层最终落到 epoll。搞懂 epoll 的「就绪列表 + 回调」，才能理解 Netty 为何在 Linux 用 EpollEventLoopGroup、以及空轮询 BUG 从何而来。
一、Linux 网络 I/O 模型速览
| 模型 | 特点 | Java 对应 |
|---|---|---|
| 阻塞 IO | 线程挂起等数据 | BIO |
| 非阻塞 IO | 轮询，CPU 空转 | 不推荐 |
| IO 复用 | select/poll/epoll | NIO Selector |
| 信号驱动 | 边缘通知 | 少用 |
| 异步 IO | Linux AIO 基于 epoll，收益有限 | AIO |
结论：高并发下 IO 复用（epoll） 是主流；Netty 4 在 Linux 也优先 epoll 而非 AIO。
二、从内核视角看一次 read
应用 read() 时，数据路径：网卡 DMA → 内核缓冲区 → 拷贝到用户 Buffer。
中断 + 软中断（ksoftirqd） 通知内核有数据；为避免中断处理过重，分上半部/下半部。
Socket 创建：socket() → bind() → listen() → accept() → send()/recv()，内核层与之对应。
三、select / poll / epoll 对比
三者都是 IO 多路复用：一个进程监视多个 fd，就绪再读写（仍是同步 I/O，就绪后自己读写）。
文件描述符（FD） 是内核给每个打开资源（文件、Socket）分配的非负整数；select/poll/epoll 监视的就是 fd 集合。Linux 默认单进程 fd 上限可通过 ulimit -n 调整，百万连接调优的基础。
| 维度 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 最大连接 | 通常 1024（可改） | 无硬限 | 受内存限制 |
| 就绪检测 | 线性遍历 fd 集合 | 线性遍历 | 回调维护就绪链表 |
| 数据拷贝 | 每次拷贝 fd 集合到内核 | 同左 | 共享内存 mmap |
| 适用 | fd 少 | fd 较多 | 高并发 |
select 用 fd_set 位图，每次调用需把 fd 集合从用户态拷贝到内核，返回后再遍历全部 fd 检查就绪位；FD_SETSIZE 默认 1024 是硬限制。poll 用 pollfd 数组，无 1024 上限但仍需 O(n) 遍历。
四、epoll 高效原理
4.1 功能分离
epoll_create 创建 epoll 实例 → epoll_ctl 维护监视队列 → epoll_wait 阻塞等待。监视 fd 相对固定时，不必每次重建集合。
4.2 就绪列表 rdlist
内核为每个 epoll 实例维护 红黑树（索引 socket）+ 双向链表 rdlist（就绪 socket）。数据到达时，ep_poll_callback 把 socket 挂到 rdlist，唤醒 epoll_wait，无需遍历全部 fd。
五、阻塞与唤醒：进程为何不占 CPU？
recv 阻塞时，进程从运行队列移到 socket 等待队列，不占 CPU；数据到达后中断把进程加回工作队列，recv 返回。
小结
- epoll 用红黑树管理 fd、rdlist 记录就绪事件，避免 select 的全量遍历。
- JDK NIO 的 Selector 在 Linux 上封装 epoll；Netty 可进一步用 EpollEventLoop 开启
SO_REUSEPORT等特性。 - 理解 epoll 后，下一篇看 Netty 如何把 epoll 包装成 EventLoop + ChannelPipeline。