利用tornado使请求实现异步非阻塞

基本IO模型

网上搜了很多关于同步异步，阻塞非阻塞的说法，理解还是不能很透彻，有必要买书看下。
参考：使用异步 I/O 大大提高应用程序的性能
怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？

1. 同步和异步：主要关注消息通信机制（重点在B？）。
   同步：A调用B，B处理直到获得结果，才返回给A。
   异步：A调用B，B直接返回。无需等待结果，B通过状态，通知等来通知A或回调函数来处理。

2. 阻塞和非阻塞：主要关注程序等待（重点在A？）。
   阻塞：A调用B，A被挂起直到B返回结果给A，A继续执行。
   非阻塞：A调用B，A不会被挂起，A可以执行其他操作（但可能A需要轮询检查B是否返回）。

3. 同步阻塞：A调用B，A挂起，B处理直到获得结果，返回给A，A继续执行。

4. 同步非阻塞：A调用B，A继续执行，B处理直到获得结果，处理的同时A轮询检查B是否返回结果。

5. 异步阻塞：异步阻塞 I/O 模型的典型流程 (select)。

6. 异步非阻塞：A调用B，B立即返回，A继续执行，B得到结果后通过状态，通知等通知A或回调函数处理。

tornado实现异步非阻塞

参考：

1. 使用tornado让你的请求异步非阻塞
2. 官方文档

利用异步方法（回调）和@tornado.web.asynchronous

@tornado.web.asynchronous 并不能将一个同步方法变成异步，所以修饰在同步方法上是无效的，只是告诉框架，这个方法是异步的，且只能适用于HTTP verb方法（get、post、delete、put等）。@tornado.web.asynchronous 装饰器适用于callback-style的异步方法，如果是协程则可以用@tornado.gen.coroutine来修饰。对于用@tornado.web.asynchronous 修饰的异步方法，需要主动self.finish()来结束该请求，普通的方法(get()等)会自动结束请求在方法返回的时候。
最基本的使用callback-style的例子，直接使用异步方法，并定义callback方法。

# sync blocking
class SleepHandler(BaseHandler):

    # no effective
    @tornado.web.asynchronous
    def get(self):
        time.sleep(5)
        self.write('sleep for 5s')

class SleepHandler(BaseHandler):

    @tornado.web.asynchronous
    def get(self):
        tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_timeout(time.time() + 5, callback=self.on_response)

    def on_response(self):
        self.write('sleep for 5s')
        self.finish()

# call back
class MyRequestHandler(BaseHandler):
    @tornado.web.asynchronous
    def get(self):
        http = httpclient.AsyncHTTPClient()
        http.fetch('http://www.baidu.com', self._on_download)

    def _on_download(self, response):
        self.write(response.body)
        self.finish()

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利用ThreadPoolExecutor

利用ThreadPoolExecutor的submit和future对象的add_done_callback 方法，将一个同步方法变成异步。如下例所示，若没有无参可以不用partial()：

class SleepHandler(BaseHandler):
    @tornado.web.asynchronous
    def get(self):
        sleep_time = 5

        def callback(future):
            self.write(future.result())
            self.finish()

        EXECUTOR.submit(partial(self.get_sleep, sleep_time)).add_done_callback(
            lambda future: tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback(
                partial(callback, future)))

    def get_sleep(self, sleep_time):
        time.sleep(sleep_time)
        return "Awake! %s" % time.time()

分解一下：

1. future = EXECUTOR.submit(partial(self.get_sleep, sleep_time))返回了一个future对象。
2. future.add_done_callback() 给future添加一个完成回调函数callback_func。
3. 实际上这个回调函数是

callback_func = lambda future: tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback(partial(callback, future))```
4. 结合起来就是：

class SleepHandler(BaseHandler):
@tornado.web.asynchronous
def get(self):
sleep_time = 5

    def final_callback(future_param):
        self.write(future_param.result())
        self.finish()

    def executor_callback(future_param):
        tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback(partial(final_callback, future_param))

    future = EXECUTOR.submit(partial(self.get_sleep, sleep_time))
    future.add_done_callback(executor_callback)

def get_sleep(self, sleep_time):
    time.sleep(sleep_time)
    return "Awake! %s" % time.time()

5. 没看文档，源码前本认为为什么要多此一举进行两次callback，直接

tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback(partial(final_callback, future))

不就ok了吗，为何还要再加上一层

future.add_done_callback(executor_callback)

但发现直接这样是会阻塞IOLoop的。查阅相关文档后发现，```
tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback
``` 这个方法会将控制权从其他线程转到IOLoop线程上，直接用

tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback(partial(final_callback, future))
时，final_callback()中获取future_param.result()仍然会阻塞，所以需要future.add_done_callback()```，在该线程完成获取结果后在回callback给IOLoop。

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另一种类似的写法，将上例的方法写成了一个装饰器，见下例，但个人认为利用这种方式异步时没有必要单独写一个装饰器吧，而且也不通用吧？

def unblock(f):
    @tornado.web.asynchronous
    @wraps(f)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        self = args[0]

        def callback(future):
            self.write(future.result())
            self.finish()
        EXECUTOR.submit(
            partial(f, *args, **kwargs)
        ).add_done_callback(
            lambda future: tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback(
                partial(callback, future)))
    return wrapper

class SleepHandler(BaseHandler):
    @unblock
    def get(self):
        time.sleep(5)
        return "Awake! %s" % time.time()

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使用tornado.concurrent.run_on_executor简化

上述的两例都相当于开启了新的线程池？
除此之外还可以利用@run_on_executor装饰器将同步阻塞函数变成异步（或者说被tornado的装饰器理解和识别）。首先阅读一下@run_on_executor源码：

def run_on_executor(*args, **kwargs):
    """Decorator to run a synchronous method asynchronously on an executor.

    The decorated method may be called with a ``callback`` keyword
    argument and returns a future.

    The `.IOLoop` and executor to be used are determined by the ``io_loop``
    and ``executor`` attributes of ``self``. To use different attributes,
    pass keyword arguments to the decorator::

        @run_on_executor(executor='_thread_pool')
        def foo(self):
            pass

    .. versionchanged:: 4.2
       Added keyword arguments to use alternative attributes.
    """
    def run_on_executor_decorator(fn):
        executor = kwargs.get("executor", "executor")
        io_loop = kwargs.get("io_loop", "io_loop")

        @functools.wraps(fn)
        def wrapper(self, *args, **kwargs):
            callback = kwargs.pop("callback", None)
            future = getattr(self, executor).submit(fn, self, *args, **kwargs)
            if callback:
                getattr(self, io_loop).add_future(
                    future, lambda future: callback(future.result()))
            return future
        return wrapper
    if args and kwargs:
        raise ValueError("cannot combine positional and keyword args")
    if len(args) == 1:
        return run_on_executor_decorator(args[0])
    elif len(args) != 0:
        raise ValueError("expected 1 argument, got %d", len(args))
    return run_on_executor_decorator

可以很快发现在不存在callback关键字参数时，该装饰器返回了一个future对象，由此并结合上述两例子可以很快的利用@run_on_executor写出，感觉相当于简化了上述两例的代码并使之变得通用：

class SleepHandler(BaseHandler):

    executor = ThreadPoolExecutor(2)

    @tornado.web.asynchronous
    def get(self):
        def callback(future_param):
            self.write('sleep %ss' % future_param.result())
            self.finish()

        future = self.sleep()
        future.add_done_callback(lambda f: tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_callback(
                partial(callback, f)))

    @run_on_executor
    def sleep(self):
        time.sleep(5)
        return 5

当然也可以利用callback参数：

class SleepHandler(BaseHandler):
    executor = ThreadPoolExecutor(2)
    io_loop = tornado.ioloop.IOLoop.instance()

    @tornado.web.asynchronous
    def get(self):
        def callback(res):
            self.write('sleep %ss' % res)
            self.finish()

        self.sleep(callback=callback)

    @run_on_executor
    def sleep(self):
        time.sleep(5)
        return 5

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协程方式：@tornado.gen.coroutine和yield

除了上述的用利用@tornado.web.asynchronous和callback的方式，还可以用@tornado.gen.coroutine和yield，如下例子：

class GenRequestHandler(BaseHandler):
    @tornado.gen.coroutine
    def get(self):
        http = httpclient.AsyncHTTPClient()
        res = yield http.fetch('http://www.baidu.com')
        self.write(res.body)

参考官方文档

Most asynchronous functions in Tornado return a Future; yielding this object returns its result.

利用tornado.gen.Task修饰一个callback型的异步函数使其能够与yield使用。

gen.Task is now a function that returns a Future

看一下例子(对于sleep可以直接用yield tornado.gen.sleep(5))：

# gen.Task
class SleepHandler(BaseHandler):

    @tornado.gen.coroutine
    def get(self):
        yield tornado.gen.Task(tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_timeout, time.time() + 5)
        # yield tornado.gen.sleep(5)
        self.write('sleep for 5s')

还可以用结合celery使用（但并不是最好的方案）。

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Last

https://github.com/tornadoweb/tornado/wiki/Links tornado的wiki上有很多异步相关支持的库。

作者：蒋狗
链接：https://www.jianshu.com/p/ef01c1386933
來源：简书
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