Tornado异步非阻塞的使用以及原理

  Tornado 和现在的主流 Web 服务器框架（包括大多数 Python 的框架）有着明显的区别：它是非阻塞式服务器，而且速度相当快。得利于其 非阻塞的方式和对 epoll 的运用，Tornado 每秒可以处理数以千计的连接，这意味着对于实时 Web 服务来说，Tornado 是一个理想的 Web 框架。

一、Tornado的两种模式使用

1.同步阻塞模式

由于doing中sleep10秒，此时其他连接将被阻塞，必须等这次请求完成后其他请求才能连接成功。

import tornado.ioloop
import tornado.web
   
   
class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.doing()
        self.write("Hello, world")
   
    def doing(self):
        time.sleep(10)


application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
])
   
   
if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

 2.异步非阻塞模式

1、基本使用

装饰器 + Future 从而实现Tornado的异步非阻塞：

当发送GET请求时，由于方法被@gen.coroutine装饰且yield 一个 Future对象，那么Tornado会等待，等待用户向future对象中放置数据或者发送信号，如果获取到数据或信号之后，就开始执行doing方法。异步非阻塞体现在当在Tornaod等待用户向future对象中放置数据时，还可以处理其他请求。

注意：在等待用户向future对象中放置数据或信号时，此连接是不断开的。

class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
    @gen.coroutine
    def get(self):
        future = Future()
        tornado.ioloop.IOLoop.current().add_timeout(time.time() + 5, self.doing)
        yield future


    def doing(self, *args, **kwargs):
        self.write('async')
        self.finish()

2、httpclient类库

当服务器接到的请求需要向第三方服务器发送请求才能解决时，Tornado提供了httpclient类库用于发送Http请求，其配合Tornado的异步非阻塞使用。

import tornado.web
from tornado import gen
from tornado import httpclient
 
# 方式一：
class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
    @gen.coroutine
    def get(self, *args, **kwargs):
        print('进入')
        http = httpclient.AsyncHTTPClient()
        data = yield http.fetch("http://www.google.com")
        print('完事',data)
        self.finish('6666')
 
# 方式二：
# class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
#     @gen.coroutine
#     def get(self):
#         print('进入')
#         http = httpclient.AsyncHTTPClient()
#         yield http.fetch("http://www.google.com", self.done)
#
#     def done(self, response):
#         print('完事')
#         self.finish('666')
 
 
 
application = tornado.web.Application([
    (r"/async", AsyncHandler),
])
 
if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start() 

二、Tornado异步非阻塞的原理

1、普通同步阻塞服务器框架原理

通过select与socket我们可以开发一个微型的框架，使用select实现IO多路复用监听本地服务端socket。当有客户端发送请求时，select监听的本地socket发生变化，通过socket.accept()得到客户端发送来的conn(也是一个socket)，并将conn也添加到select监听列表里。当客户端通过conn发送数据时，服务端select监听列表的conn发生变化，我们将conn发送的数据(请求数据)接收保存并处理得到request_header与request_body，然后可以根据request_header中的url来匹配本地路由中的url，然后得到对应的view函数，然后将view的返回值(一般为字符串)通过conn发送回请求客户端，然后将conn关闭，并且移除select监听列表中的conn，这样一次网络IO请求便算结束。

import socket
import select

class HttpRequest(object):
    """
    用户封装用户请求信息
    """
    def __init__(self, content):
        """

        :param content:用户发送的请求数据：请求头和请求体
        """
        self.content = content

        self.header_bytes = bytes()
        self.body_bytes = bytes()

        self.header_dict = {}

        self.method = ""
        self.url = ""
        self.protocol = ""

        self.initialize()
        self.initialize_headers()

    def initialize(self):

        temp = self.content.split(b'

', 1)
        if len(temp) == 1:
            self.header_bytes += temp
        else:
            h, b = temp
            self.header_bytes += h
            self.body_bytes += b

    @property
    def header_str(self):
        return str(self.header_bytes, encoding='utf-8')

    def initialize_headers(self):
        headers = self.header_str.split('
')
        first_line = headers[0].split(' ')
        if len(first_line) == 3:
            self.method, self.url, self.protocol = headers[0].split(' ')
            for line in headers:
                kv = line.split(':')
                if len(kv) == 2:
                    k, v = kv
                    self.header_dict[k] = v

# class Future(object):
#     def __init__(self):
#         self.result = None

def main(request):
    return "main"

def index(request):
    return "indexasdfasdfasdf"


routers = [
    ('/main/',main),
    ('/index/',index),
]

def run():
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    sock.bind(("127.0.0.1", 9999,))
    sock.setblocking(False)
    sock.listen(128)

    inputs = []
    inputs.append(sock)
    while True:
        rlist,wlist,elist = select.select(inputs,[],[],0.05)
        for r in rlist:
            if r == sock:
                """新请求到来"""
                conn,addr = sock.accept()
                conn.setblocking(False)
                inputs.append(conn)
            else:
                """客户端发来数据"""
                data = b""
                while True:
                    try:
                        chunk = r.recv(1024)
                        data = data + chunk
                    except Exception as e:
                        chunk = None
                    if not chunk:
                        break
                # data进行处理：请求头和请求体
                request = HttpRequest(data)
                # 1. 请求头中获取url
                # 2. 去路由中匹配，获取指定的函数
                # 3. 执行函数，获取返回值
                # 4. 将返回值 r.sendall(b'alskdjalksdjf;asfd')
                import re
                flag = False
                func = None
                for route in routers:
                    if re.match(route[0],request.url):
                        flag = True
                        func = route[1]
                        break
                if flag:
                    result = func(request)
                    r.sendall(bytes(result,encoding='utf-8'))
                else:
                    r.sendall(b"404")

                inputs.remove(r)
                r.close()

if __name__ == '__main__':
    run()

2、Tornado异步非阻塞实现原理

tornado通过装饰器 + Future 从而实现异步非阻塞。在view中yield一个future对象，然后再在发送相应数据前判断view函数返回来的数据类型，如果是字符串类型直接返回，如果是future对象，则将返回来的future对象添加到async_request_dict中，先不给客户端返回响应数据(此时可以处理其他客户端的连接请求)，等future对象的result有值时再返回，还可以设置超时时间，在规定的时间过后返回响应数据。  ！！ 关键是future对象，future对象里有result属性，默认为None，当result有值时再返回数据。

import socket
import select
import time

class HttpRequest(object):
    """
    用户封装用户请求信息
    """
    def __init__(self, content):
        """

        :param content:用户发送的请求数据：请求头和请求体
        """
        self.content = content

        self.header_bytes = bytes()
        self.body_bytes = bytes()

        self.header_dict = {}

        self.method = ""
        self.url = ""
        self.protocol = ""

        self.initialize()
        self.initialize_headers()

    def initialize(self):

        temp = self.content.split(b'

', 1)
        if len(temp) == 1:
            self.header_bytes += temp
        else:
            h, b = temp
            self.header_bytes += h
            self.body_bytes += b

    @property
    def header_str(self):
        return str(self.header_bytes, encoding='utf-8')

    def initialize_headers(self):
        headers = self.header_str.split('
')
        first_line = headers[0].split(' ')
        if len(first_line) == 3:
            self.method, self.url, self.protocol = headers[0].split(' ')
            for line in headers:
                kv = line.split(':')
                if len(kv) == 2:
                    k, v = kv
                    self.header_dict[k] = v

class Future(object):
    def __init__(self,timeout=0):
        self.result = None
        self.timeout = timeout
        self.start = time.time()
def main(request):
    f = Future(5)
    return f

def index(request):
    return "indexasdfasdfasdf"


routers = [
    ('/main/',main),
    ('/index/',index),
]

def run():
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    sock.bind(("127.0.0.1", 9999,))
    sock.setblocking(False)
    sock.listen(128)

    inputs = []
    inputs.append(sock)

    async_request_dict = {
        # 'socket': futrue
    }

    while True:
        rlist,wlist,elist = select.select(inputs,[],[],0.05)
        for r in rlist:
            if r == sock:
                """新请求到来"""
                conn,addr = sock.accept()
                conn.setblocking(False)
                inputs.append(conn)
            else:
                """客户端发来数据"""
                data = b""
                while True:
                    try:
                        chunk = r.recv(1024)
                        data = data + chunk
                    except Exception as e:
                        chunk = None
                    if not chunk:
                        break
                # data进行处理：请求头和请求体
                request = HttpRequest(data)
                # 1. 请求头中获取url
                # 2. 去路由中匹配，获取指定的函数
                # 3. 执行函数，获取返回值
                # 4. 将返回值 r.sendall(b'alskdjalksdjf;asfd')
                import re
                flag = False
                func = None
                for route in routers:
                    if re.match(route[0],request.url):
                        flag = True
                        func = route[1]
                        break
                if flag:
                    result = func(request)
                    if isinstance(result,Future):
                        async_request_dict[r] = result
                    else:
                        r.sendall(bytes(result,encoding='utf-8'))
                        inputs.remove(r)
                        r.close()
                else:
                    r.sendall(b"404")
                    inputs.remove(r)
                    r.close()

        for conn in async_request_dict.keys():
            future = async_request_dict[conn]
            start = future.start
            timeout = future.timeout
            ctime = time.time()
            if (start + timeout) <= ctime :
                future.result = b"timeout"
            if future.result:
                conn.sendall(future.result)
                conn.close()
                del async_request_dict[conn]
                inputs.remove(conn)

if __name__ == '__main__':
    run()