C++ 并发核心模型总结—— 从阻塞 IO 到 Reactor + 协程的完整理解（附 mini epoll + Reactor demo）

前面学习的内容：
C++ 网络服务端主线：从线程池到 Reactor 的完整路线图

一、为什么要学这套模型？

很多人学 C++ 网络编程，会陷入这些困惑：

• 为什么线程越多反而越慢？
• epoll 到底解决什么问题？
• Reactor 和线程池有什么区别？
• 协程为什么突然变得很重要？

👉 本质是：

你没有把 IO模型 + 调度模型 + 执行模型打通

本文目标

帮你一次性理解：

• 阻塞 IO
• 非阻塞 IO
• epoll
• Reactor
• C++ 协程

并用一个mini Reactor demo把它们串起来。

二、总纲（先记住这5句话）

阻塞IO：线程等数据
非阻塞IO：线程不等数据
epoll：告诉你谁有数据
Reactor：调度谁去处理数据
协程：让代码可以暂停再继续执行

三、阻塞 IO vs 非阻塞 IO

1️⃣ 阻塞 IO（Blocking IO）

read(fd, buffer, size);

👉如果没有数据：线程被挂起（卡住）

👉 特点：

• 简单 ✔
• 直观 ✔
• 占线程 ❌

👉 一句话：

没数据就等（卡线程）

2️⃣ 非阻塞 IO（Non-blocking IO）

fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK); read(fd, buffer, size);

👉如果没有数据：立刻返回（errno = EAGAIN）

👉 特点：

• 不阻塞线程 ✔
• 需要配合机制判断何时再读 ❗

👉 一句话：

没数据就走（不等）

四、为什么需要 epoll？

问题

如果只用非阻塞 IO：

while(true) { read(fd); }

👉 会变成：疯狂轮询 → CPU 100%

epoll 的作用

由内核告诉你：哪个 fd “现在可以读/写”

核心调用

epoll_wait(...)

返回：ready 的 fd 列表

👉 一句话：

谁可以干活了

五、Reactor 模型

Reactor 本质

事件驱动调度模型

核心流程

epoll_wait() ↓ 获取 ready fd ↓ 分发 handler ↓ 执行处理逻辑

👉 一句话：

安排谁去干活

关键关系

❗ Reactor ≠ epoll
✔ Reactor 使用 epoll

六、协程（C++20）

协程本质

用户态执行流控制（可暂停/恢复）

核心能力

co_await ...

表示：

执行到一半 → 挂起 → 以后再继续

👉 一句话：

代码可以停下来再继续执行

七、五者关系总图（最重要）

非阻塞 IO
↓
epoll（事件通知）
↓
Reactor（调度）
↓
协程 / handler（执行）

八、mini epoll + Reactor demo（核心实战）

功能

• 单线程
• 非阻塞 socket
• epoll 监听
• Reactor 分发
• echo server

✅ 完整代码

#include <arpa/inet.h> #include <errno.h> #include <fcntl.h> #include <sys/epoll.h> #include <sys/socket.h> #include <unistd.h> #include <cstring> #include <functional> #include <iostream> #include <unordered_map> #include <vector> class Reactor { public: using Handler = std::function<void(int)>; Reactor() { epoll_fd_ = epoll_create1(0); } void add(int fd, uint32_t events, Handler handler) { epoll_event ev{}; ev.events = events; ev.data.fd = fd; epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev); handlers_[fd] = handler; } void remove(int fd) { epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_DEL, fd, nullptr); handlers_.erase(fd); close(fd); } void loop() { std::vector<epoll_event> events(64); while (true) { int n = epoll_wait(epoll_fd_, events.data(), 64, -1); for (int i = 0; i < n; ++i) { int fd = events[i].data.fd; handlers_[fd](fd); } } } private: int epoll_fd_; std::unordered_map<int, Handler> handlers_; }; int set_nonblocking(int fd) { int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); return fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); } int main() { int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); set_nonblocking(server_fd); sockaddr_in addr{}; addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(8080); addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bind(server_fd, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); listen(server_fd, 128); Reactor reactor; // accept handler reactor.add(server_fd, EPOLLIN, [&](int fd) { while (true) { int client_fd = accept(fd, nullptr, nullptr); if (client_fd == -1) break; set_nonblocking(client_fd); reactor.add(client_fd, EPOLLIN, [&](int cfd) { char buf[1024]; int n = read(cfd, buf, sizeof(buf)); if (n > 0) { write(cfd, buf, n); } else { reactor.remove(cfd); } }); } }); std::cout << "server running :8080\n"; reactor.loop(); }

九、这个 demo 在做什么？

1️⃣ epoll

epoll_wait()

👉 获取 ready fd

2️⃣ Reactor

handlers_[fd](fd);

👉 分发执行

3️⃣ handler

read / write

👉 执行业务

👉 整体：epoll → Reactor → handler

十、最核心理解（一定要记住）

阻塞 vs 非阻塞

阻塞：线程等
非阻塞：线程不等

epoll vs Reactor

epoll：发现事件
Reactor：调度事件

Reactor vs 协程

Reactor：什么时候执行
协程：执行到哪暂停

十一、最终架构总结

epoll（事件） ↓ Reactor（调度） ↓ 协程 / handler（执行）

阻塞IO让线程等
非阻塞IO让线程不等
epoll告诉你什么时候可以干
Reactor安排谁去干
协程让你干活还能暂停继续

进阶建议

你可以继续进阶：

• 手写 Reactor + Connection 封装
• Reactor + 线程池（多 Reactor 模型）
• Reactor + 协程（接近 Go / Netty）

进阶总纲：

C++ 高性能服务端进阶路线—— 从 epoll + Reactor 到多线程与协程的系统化路径