IO多路复用器（I/O Multiplexer）是一种允许一个进程同时监控多个I/O流操作的机制，这些I/O流操作包括文件描述符、网络连接等。通过IO多路复用技术，我们可以在不需要大量线程或进程的情况下处理大量I/O事件，这样，可以提升系统的并发处理能力，尤其在高并发的场景中，这种技术就非常常用了。

IO多路复用技术的核心思想就是：让操作系统帮忙监视一组文件描述符，一旦某个文件描述符准备好了（如可以读、写或发生错误），通知应用程序处理这个文件描述符对应的I/O操作。通过这样的技术方案，程序就不需要阻塞等待每个I/O操作的完成，这样就可以实现对于多个I/O操作的同时处理。

常用的多路复用机制

在日常开发中我们常用到的多路复用机制有如下几种。

select

select是早期的I/O多路复用机制，它是一种支持跨平台的多路复用技术，几乎在所有的操作系统上都支持。

这种多路复用技术有一个缺点就需要把所有文件描述符列表拷贝到内核，也就是说有从内核态到用户态的转换，这种转换操作的性能比较差，并且在文件描述符的数量上有一定的限制，一般是1024个。

poll

与select的机制类似，但是它没有文件描述符数量的限制。在每次调用的时候，需要重新传递文件描述符集合，这种操作会随着文件描述符的增多而对性能有所影响，所以性能问题依旧存在。

epoll

这是一种Linux特有的机制，它解决了select和poll的效率问题，在高并发场景下表现也是非常出色的。在epoll中使用了事件驱动模型，并且支持边缘触发（edge-triggered）和水平触发（level-triggered），这样可以避免大量不必要的系统调用。在epoll中文件描述符只需要注册一次，之后可以动态监控事件变化，通过这种方式来节省了反复传递文件描述符集合的开销。

kqueue

这是在FreeBSD, macOS系统中特有的机制，类似于epoll，使用事件驱动模型，效率高，主要在BSD系统中使用。

适用场景

• 高并发服务器：如Nginx、Redis等服务器，利用IO多路复用来同时处理成千上万个连接，避免了为每个连接创建线程或进程的开销。
• 异步I/O操作：在网络编程中，IO多路复用非常适合处理长时间的I/O等待，比如从网络中读取数据，而不需要阻塞程序的主线程。

优缺点

优点：

• 节省资源：在使用多路复用器之后，就不需要为每个I/O操作创建独立的线程或进程，这样就可以节省系统资源。
• 提高并发性：在多路复用机制中，通过一个或少数几个线程处理大量I/O操作，这种操作对于于高并发场景的适配比较好。
• 灵活性强：多路复用技术可以处理多种I/O事件，例如在日常开发中常见的读、写、异常数据的处理等。

缺点：

• 编程复杂性增加：编写基于IO多路复用的异步I/O程序逻辑较为复杂，尤其是错误处理和状态维护。
• 在某些场景下性能有限：对于少量连接的应用，IO多路复用带来的性能提升有限，反而可能增加系统调用的开销。

总结

IO多路复用器通过监控多个I/O事件，并及时响应这些事件的发生，大幅提升了程序在处理大量并发I/O操作时的性能和效率。它是高并发服务器设计中的关键技术之一，虽然编程复杂度相对较高，但对于性能的提升却是非常显著的。