JAVA多路复用：Selector

Selector是多路复用的基础组件，其可以让一个thread复用多个channel。Selector会不断轮询注册在其中的channel，如果某个Channel上发生了读写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector选出并执行后续的IO操作。
Selector模式：当管道注册到Selector后，Selector会为其分配一个key值来标识Channel。当Selector轮询到某个Channel的状态时，会根据相应的key去获取对应的Channel，并执行相关的数据操作。

常见的channel状态有connect，accept，read，write等。

一个简单的案例：

服务器创建ServerSocketChannel绑定在selector上。当轮询发现SelectionKey中有accept状态时，会先用key.channel()获取ServerSocketChannel并调用ssc.accept()创建SocketChannel，并绑定到selector并设置key为OP_READ。
下一次轮询时如果有read数据，就会获取到刚刚的OP_READ与它绑定的SocketChannel，并从channel中获取数据或写入数据。
客户端同样也可以创建一个channe到sever并设置key为OP_CONNECT。selector轮询后创建链接，当链接创建成功后注册新的key为OP_READ（绑定的channel不变）。之后就可以在有read数据时获取OP_READ和channel，进而完成通信。

JAVA Selector的核心是subSelector.poll()方法，其底层调用了native函数poll0来实现。之前的版本是基于select/poll实现的多路复用非阻塞IO，在JDK1.5后底层使用了epoll。

OS多路复用：Select/poll & epoll

select,poll,epoll都是OS底层的多路复用机制。所谓多路复用就是一种机制，通过监听多个文件描述符，一旦某个文件描述符准备就绪，就可以执行相关的读写操作。从系统上讲，这三者都是同步IO。

Select

在select中，读取文件不再有read系统调用，但前提是目标网络连接提前注册到select可查询的socket列表中，即可开启IO多路复用。

进行select系统调用，kernel会查询所有注册的socket列表，当有socket准备好时会返回，而此时调用select的程序会被阻塞。（因为select是同步IO）
当用户线程获取连接后，发起read调用，内核开始复制数据到用户内存，之后kernel返回结果
用户线程接触block状态，用户线程读到程序

如果从更细节的角度看会是这样：

系统将用户空间的fd_set拷贝到内核，并注册回调函数_pollwait，进入阻塞状态。
内核遍历所有fd，调用其poll方法(sock_poll)拉取数据
内核把fd_set重新拷贝回用户空间，证明已经准备就绪（此时select系统调用就结束了）
用户线程再调用read方法将数据从内核拷贝到用户空间

可以看到select在调用时，fd_set在用户态和内核态间来回拷贝，当fd过多时会带来很大的开销。同时操作系统最大打开fd默认为1024，存在打开上限。

Poll

Poll和Select实现思路类似，只是使用了pollfd而不是fd_set，进而取消了最大连接数的限制。

Epoll

Epoll是根据select/poll的缺点上的改进，主要包含epoll_create，epoll_ctl和epoll_wait三个函数。
epoll使用红黑树来监听并维护所有的fd。

在调用epoll_create时，内核会创建红黑树来存储之后epoll_ctl传来的socket，并创建一个准备就绪的链表。
当epoll_wait被调用时，仅需要观察链表是否为空即可，可以看到轮询不在遍历所有的fd而是观察就绪链表是否为空。只需要将内核态准备就绪的fd拷贝回用户态即可。
可以看到整个fd和就绪链表都是由epoll_ctl来维护的。当socket放到红黑树后，会在内核中断处理函数中注册一个回调函数。该回调函数会在socket数据到（即内核已经有数据）后，将该socket放入到就绪链表中。

可以看到Epoll减少了内核态到用户态间频繁的fd拷贝，使用了mmap将用户空间和内核映射同一片区域。同时引入了红黑树管理fd，使用了回调函数等机制，都让epoll的性能比select/poll要好很多。