C++如何实现一个事件循环（Event Loop）？C++异步IO模型实战【网络编程】

C++事件循环核心是单线程基于epoll等IO多路复用机制监听fd就绪并触发回调，包含IO监视器、事件注册和分发主循环三部分，支持add_read、run、stop等接口。

在C++中实现事件循环，核心是**用一个线程持续监听多个文件描述符（如socket）的就绪状态，并在就绪时触发对应回调**。它不依赖协程或第三方运行时（如Boost.Asio的隐藏调度器），而是基于操作系统原生IO多路复用机制（epoll（Linux）、kqueue（macOS/BSD）、select（通用但低效））构建轻量、可控的异步IO骨架。

1. 事件循环的基础结构设计

一个最小可用的事件循环需包含三部分：IO监视器（如epoll实例）、待注册的事件（fd + 读/写 + 回调）、事件分发主循环。不封装成类也行，但建议用类管理资源生命周期：

• 构造时创建epoll_fd（Linux）或等价句柄
• 提供add_fd(int fd, uint32_t events, std::function cb)注册fd与事件类型（EPOLLIN / EPOLLOUT）及就绪回调
• 提供run()进入阻塞等待，每次epoll_wait()返回后遍历就绪列表并执行对应回调
• 支持stop()通过向epoll添加一个自管道（eventfd或pipe）来中断阻塞

2. 使用epoll实现可运行的简易EventLoop（Linux）

以下是一个去掉异常处理和日志的精简版，重点展示逻辑主线：

class EventLoop {
  int epoll_fd_;
  std::unordered_map> callbacks_;

public:
  EventLoop() : epoll_fd_(epoll_create1(0)) {
    if (epoll_fd_ == -1) abort();
  }

  void add_read(int fd, std::function cb) {
    struct epoll_event ev{};
    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边沿触发更高效
    ev.data.fd = fd;
    callbacks_[fd] = std::move(cb);
    epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);
  }

  void run() {
    const int MAX_EVENTS = 64;
    struct epoll_event events[MAX_EVENTS];

    while (true) {
      int nfds = epoll_wait(epoll_fd_, events, MAX_EVENTS, -1);
      if (nfds == -1 && errno == EINTR) continue;

      for (int i = 0; i < nfds; ++i) {
        int fd = events[i].data.fd;
        if (callbacks_.count(fd)) {
          callbacks_[fd](); // 执行用户注册的读就绪回调
        }
      }
    }
  }
};

注意：实际项目中需处理EPOLLHUP/EPOLLERR、支持写事件注册、支持移除fd（EPOLL_CTL_DEL）、避免回调中长时间阻塞（否则卡住整个loop）。

3. 配合非阻塞socket完成一次异步accept+read

事件循环本身不关心协议，只负责“有数据可读就调你”。因此要配合非阻塞socket使用：

• 监听socket设为O_NONBLOCK，调用listen()后add_read(listen_fd, [&]{ handle_accept(); })
• handle_accept()里循环accept4()直到返回-1且errno == EAGAIN（边沿触发要求）
• 对每个新连接client_fd也设为O_NONBLOCK，再add_read(client_fd, [&]{ handle_read(client_fd); })
• handle_read()用recv(..., MSG_DONTWAIT)读取，同样读完或遇到EAGAIN就返回，不阻塞loop

4. 实战建议与避坑点

写网络服务时，别从零造轮子——但理解原理能帮你快速定位问题：

• 不要在回调里做耗时操作（如磁盘IO、复杂计算），可投递到线程池，或拆成状态机分多次回调
• 务必设为非阻塞socket，否则一次recv()卡住，整个事件循环冻结
• 边沿触发（ET）比水平触发（LT）性能更好，但必须一次性读/写完所有数据（用循环+EAGAIN判断）
• 关闭fd前记得epoll_ctl(EPOLL_CTL_DEL)，否则可能触发无效事件或fd泄漏
• 如需定时任务（如心跳超时），可在epoll_wait()加超时，并用小根堆维护timer队列，在每次loop迭代开头检查并触发到期定时器

基本上就这些。事件循环不是魔法，就是“等→收→调→再等”的无限循环，关键是把IO就绪这件事交给内核通知，而不是自己轮询或开一堆线程。