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Linux IO 模型深度解析：select、poll、epoll 与 Java NIO

Redis、Nginx、Netty 为什么快？因为它们底层都用 epoll。select、poll、epoll 到底什么区别？Java NIO 怎么映射到 Linux IO 模型？Reactor 模式怎么实现？一篇讲透。

一、五种 IO 模型

1.1 全景图

应用程序调用 recvfrom() 读数据的过程：

模型1：阻塞 IO（Blocking IO）
  用户线程：调用 recvfrom() → 阻塞 → 阻塞 → 阻塞 → 数据返回
  特点：整个等待 + 复制过程都阻塞

模型2：非阻塞 IO（Non-blocking IO）
  用户线程：调用 recvfrom() → 立即返回 EWOULDBLOCK
           再次调用 → EWOULDBLOCK → ... → 数据就绪 → 复制 → 返回
  特点：等待不阻塞但需要轮询（CPU 浪费）

模型3：IO 多路复用（IO Multiplexing）
  用户线程：调用 select/poll/epoll → 阻塞等待（可同时监控多个 FD）
           数据就绪 → 返回 → 调用 recvfrom() 复制数据
  特点：一个线程监控多个连接

模型4：信号驱动 IO（Signal-driven IO）
  用户线程：注册 SIGIO 信号 → 做其他事 → 数据就绪 → 收到信号
           → 调用 recvfrom() 复制数据
  特点：等待不阻塞，复制时阻塞

模型5：异步 IO（Asynchronous IO）
  用户线程：调用 aio_read() → 立即返回 → 做其他事
           → 数据复制完成 → 回调通知
  特点：全过程不阻塞（等待 + 复制都不阻塞）
  Linux: io_uring（5.1+）/ AIO
  Windows: IOCP

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│                                                     │
│   阻塞      等待数据        复制数据                  │
│   IO        ████████        ████                    │
│                                                     │
│   非阻塞    轮询（不阻塞）    ████                    │
│   IO        poll poll poll   ████                   │
│                                                     │
│   IO多路复用 select阻塞      ████                    │
│   (epoll)    （可监控多FD）   ████                   │
│                                                     │
│   信号驱动   信号通知          ████                   │
│   IO        （不阻塞）        ████                   │
│                                                     │
│   异步IO     不阻塞            不阻塞                  │
│   (AIO)     （回调通知）      （内核完成）              │
│                                                     │
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郑天祺2026/7/3大约 8 分钟