本文将通过最简单的Hello world代码分析Tornado本身的结构，在此基础上再简单介绍下Tornado适用的一些场景。
在众多的Python web框架中，Tornado是比较有特色的一个，不仅仅是因为Tornado自带webserver，而且这个webserver是非阻塞的并且使用了epoll。对比来说其他的webserver，比如使用了pre fork模式的gunicorn，是通过预先创建好的线程来处理并发请求，但是假如请求阻塞了那这个线程也就阻塞了，假如所有预分配的线程都阻塞了那新的请求就不能读取了。当然我们可以增加进程或者线程，但进程与线程都是很昂贵的，而且迟早会遇到C10K问题。而Tornado利用了操作系统的epoll或者kqueue技术来非阻塞的处理高并发的请求解决了这个问题。
但如果Tornado只是webserver是非阻塞的还不足以应对高并发场景，webserver只能增加接收请求时的性能，处理请求本身也存在阻塞的问题，为此Tornado的web框架自带了一套异步I/O库并且与框架本身深度集成。Tornado并非创造了什么新的技术，而是综合了三种技术于一身：基于epoll等的异步 HTTP Server(类似的像Nginx)、异步I/O库（类似的像Gevent）、web框架（类似的像Flask）。
Tornado HTTP Server的创建过程
先看下Tornado官网给出的Hello world代码：
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()
先看main，首先执行了 app = make_app()，很显然返回了
tornado.web.Application([(r"/", MainHandler), ])
上面的代码创建了Application类的实例app，用来配置应用的各种信息，对于一个web应用来说，最重要的信息就是路由信息了，当然还有很多其他的配置，在Hello world代码中没有展示。路由信息事实上是一个list，这个list的每个元素都是一个tuple，每个tuple就代表了一条路由，tuple的第一个元素是路由规则用正则式表达，第二个元素就是一个处理请求的类比如MainHandler。这样Application就记下了r"/"用MainHandler来处理。
然后是
app.listen(8888)
这段代码直接来看是监听8888这个端口，详细的来看listen方法如下：
def listen(self, port, address="", **kwargs):
from tornado.httpserver import HTTPServer
server = HTTPServer(self, **kwargs)
server.listen(port, address)
这里可以发现tornado创建了HTTPServer类的实例server，这个HTTPServer做了一些初始化的工作，创建了后面要用到的一些对象，在执行完server.listen(port, address)后指定的端口与地址就绑定到了这个server上并创建sockets对象，但更重要的是同时IOLoop的实例IOLoop.current()被创建并赋值给server.io_loop。IOLoop创建的就是负责主循环的实例了，上面已经说了Tornado的webserver是非阻塞的，实际上是使用了I/O多路复用的技术(在初始化时epoll会被优先选择其次是选kqueue最后是select)。
add_sockets的代码如下：
def add_sockets(self, sockets):
if self.io_loop is None:
self.io_loop = IOLoop.current()
for sock in sockets:
self._sockets[sock.fileno()] = sock
add_accept_handler(sock, self._handle_connection,
io_loop=self.io_loop)
这里的sockets就是刚刚调用listen方法时创建的对象，这个对象是可迭代的，但这个时候事实上只有一个socket。可以看到sock的fd(就是sock.fileno())与sock本身以key-value对的形式保存到了self._sockets中，self._sockets在后面会以这种形式维护并发的socket。接下来add_accept_handler方法实际上是调用了 io_loop.add_handler(sock, accept_handler, IOLoop.READ)这个方法，fd-accept_handler这样的key-value对就维护到了io_loop中，换句话说，这个时候io_loop（主循环）就维护了一个字典，这个字典的key是fd，value是处理这个fd描述的socket被创建时要执行的回调函数（这个回调函数具体在后面介绍），但是到目前为止这个信息还只是维护在了app里，操作系统并不知道，要让操作系统知道这些信息就需要通过刚才已经初始化好的epoll方法，epoll方法作为app与操作系统的代理可以把fd以及对应的socket事件注册到操作系统中去。这些准备工作完成后io_loop的start方法就会被调用，开始进入事件循环，不断的接收I/O event并调用回调函数进行处理。
Request的处理过程
先看下上面提到的回调函数的实际代码(节选主要的)：
try:
stream = IOStream(connection, io_loop=self.io_loop,
max_buffer_size=self.max_buffer_size,
read_chunk_size=self.read_chunk_size)
future = self.handle_stream(stream, address)
except Exception:
app_log.error("Error in connection callback", exc_info=True)
可以看到当有connection进来的时候，首先创建了IOStream的实例stream ，然后把这个stream交给handle_stream函数处理，而这个函数实际上是把stream(通过了一些解析)交给app来处理，app就是一开始创建的Application对象，在app初始化的时候主要的参数就是路由信息，当调用app的__call__方法时，就会从路由中找出对应的处理方法，在Hello world例子中就是MainHandler，MainHandler继承自RequestHandler类，RequestHandler是Tornado中大家非常熟悉的类了，我们通过实现head、get、post、delete、patch、put、options等中的至少一个方法来实现业务逻辑。在Hello world例子中实现的是get方法，处理完后调用了write方法将数据写入缓冲区。最终由finish方法（自动调用）完成本次响应。
小节
上面已经把整个Hello world的代码分析一遍，覆盖了Tornado web方面比较重要的Application、HTTPServer、RequestHandler以及network方面的IOLoop这几个库。
因为Tornado是异步非阻塞的，所以比较适用的场景是一些有阻塞的长连接，比如websocket以及需要比较长处理时间且并发高的请求。相比较prefork模式的web server，Tornado能处理的并发更高，但如果请求的处理过程中包含了很多同步逻辑就不适合用Tornado来处理的，为了解决这个问题Tornado在tornado.httpclient还实现了异步的http客户端库，后面有空再继续写。
网友评论