关于Python Web框架——Tornado

关于Tornado的入门看这篇文章，写的非常好：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/37382503

Tornado 是一个Python web框架和异步网络库，使用非阻塞网络I/O。

Tornado可以被分为4个主要的部分:

• web框架
• HTTP的客户端和服务端实现
• 异步网络库
• 协程库

WSGI是Web Server Gateway Interface的缩写。

实时web功能需要为每个用户提供一个多数时间被闲置的长连接, 在传统的同步web服务器中，这意味着要为每个用户提供一个线程, 当然每个线程的开销都是很昂贵的.

为了尽量减少并发连接造成的开销，Tornado使用了一种单线程事件循环的方式. 这就意味着所有的应用代码都应该是异步非阻塞的, 因为在同一时间只有一个操作是有效的.

知乎和掌阅的后端应该采用了这个框架。

下面提供快速帮助回忆的代码：（阶乘服务和圆周率计算服务）

# pi.py
import json
import math
import redis
import tornado.ioloop
import tornado.web

class FactorialService(object):

    def __init__(self, cache):
        self.cache = cache
        self.key = "factorials"

    def calc(self, n):
        s = self.cache.hget(self.key, str(n))
        if s:
            return int(s), True
        s = 1
        for i in range(1, n):
            s *= i
        self.cache.hset(self.key, str(n), str(s))
        return s, False

class PiService(object):

    def __init__(self, cache):
        self.cache = cache
        self.key = "pis"

    def calc(self, n):
        s = self.cache.hget(self.key, str(n))
        if s:
            return float(s), True
        s = 0.0
        for i in range(n):
            s += 1.0/(2*i+1)/(2*i+1)
        s = math.sqrt(s*8)
        self.cache.hset(self.key, str(n), str(s))
        return s, False

class FactorialHandler(tornado.web.RequestHandler):

    def initialize(self, factorial):
        self.factorial = factorial

    def get(self):
        n = int(self.get_argument("n") or 1)
        fact, cached = self.factorial.calc(n)
        result = {
            "n": n,
            "fact": fact,
            "cached": cached
        }
        self.set_header("Content-Type", "application/json; charset=UTF-8")
        self.write(json.dumps(result))

class PiHandler(tornado.web.RequestHandler):

    def initialize(self, pi):
        self.pi = pi

    def get(self):
        n = int(self.get_argument("n") or 1)
        pi, cached = self.pi.calc(n)
        result = {
            "n": n,
            "pi": pi,
            "cached": cached
        }
        self.set_header("Content-Type", "application/json; charset=UTF-8")
        self.write(json.dumps(result))

def make_app():
    cache = redis.StrictRedis("localhost", 6379)
    factorial = FactorialService(cache)
    pi = PiService(cache)
    return tornado.web.Application([
        (r"/fact", FactorialHandler, {"factorial": factorial}),
        (r"/pi", PiHandler, {"pi": pi}),
    ])

if __name__ == "__main__":
    app = make_app()
    app.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.current().start()

因为两个Handler都需要用到redis，所以我们将redis单独抽出来，通过参数传递进去。另外Handler可以通过initialize函数传递参数，在注册路由的时候提供一个字典就可以传递任意参数了，字典的key要和参数名称对应。我们运行python pi.py，打开浏览器访问http://localhost:8888/pi?n=200，可以看到浏览器输出{"cached": false, "pi": 3.1412743276, "n": 1000}，这个值已经非常接近圆周率了。

下面来自知乎：（写的非常好）

https://zhuanlan.zhihu.com/p/37382503

Tornado：Hello, World

import tornado.ioloop
import tornado.web

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write("Hello, world")

def make_app():
    return tornado.web.Application([
        (r"/", MainHandler),
    ])

if __name__ == "__main__":
    app = make_app()
    app.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.current().start()

这是官方提供了Hello, World实例，执行python hello.py，打开浏览器访问http://localhost:8888/就可以看到服务器的正常输出Hello, world。

一个普通的tornado web服务器通常由四大组件组成。

1. ioloop实例，它是全局的tornado事件循环，是服务器的引擎核心，示例中tornado.ioloop.IOLoop.current()就是默认的tornado ioloop实例。
2. app实例，它代表着一个完成的后端app，它会挂接一个服务端套接字端口对外提供服务。一个ioloop实例里面可以有多个app实例，示例中只有1个，实际上可以允许多个，不过一般几乎不会使用多个。
3. handler类，它代表着业务逻辑，我们进行服务端开发时就是编写一堆一堆的handler用来服务客户端请求。
4. 路由表，它将指定的url规则和handler挂接起来，形成一个路由映射表。当请求到来时，根据请求的访问url查询路由映射表来找到相应的业务handler。

这四大组件的关系是，一个ioloop包含多个app(管理多个服务端口)，一个app包含一个路由表，一个路由表包含多个handler。ioloop是服务的引擎核心，它是发动机，负责接收和响应客户端请求，负责驱动业务handler的运行，负责服务器内部定时任务的执行。

当一个请求到来时，ioloop读取这个请求解包成一个http请求对象，找到该套接字上对应app的路由表，通过请求对象的url查询路由表中挂接的handler，然后执行handler。handler方法执行后一般会返回一个对象，ioloop负责将对象包装成http响应对象序列化发送给客户端。

同一个ioloop实例运行在一个单线程环境下。

关于ioloop：

tornado.ioloop — Main event loop
An I/O event loop for non-blocking sockets.（非阻塞套接字接口）
IOLoop is a wrapper around the asyncio event loop. (异步事件循环)

参考：

https://tornado-zh.readthedocs.io/zh/latest/guide/async.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/37382503

https://www.tornadoweb.org/en/stable/ioloop.html