Tornado介绍

Tornado龙卷风是一个开源的网络服务器框架，它是基于社交聚合网站FriendFeed的实时信息服务开发而来的

• Tornado是使用Python编写的Web服务器兼Web应用框架
• 与主流Web服务器框架不同的是，Tornado是异步非阻塞式服务器，得益于非阻塞式和对epoll模型的运用
• Tornado是实时Web服务的一个理想框架，它非常适合开发长轮询、WebSocket和需要与每个用户建立持久连接的应用

特点

• 轻量级Web框架

• 异步非阻塞IO处理方式

• Tornado采用的单进程单线程异步IO的网络模式，其高性能源于Tornado基于Linux的Epoll（UNIX为kqueue）的异步网络IO

• 出色的抗负载能力

• 不依赖多进程或多线程

• WSGI全栈替代产品
  WSGI把应用（Application）和服务器（Server）结合起来，Tornado既可以是WSGI应用也可以是WSGI服务

• 既是WebServer也是WebFramework

Tornado是基于Bret Taylor和其他人员为FrientFeed所开发的网络服务框架，当FriendFeed被Facebook收购后得以开源。不同于那些最多只能达到1w并发连接的传统网络服务器。Tornado在设计之初就考虑到了性能因素，旨在解决C10K问题，这样的设计使其成为一个拥有高性能的框架

结构

• Web框架
  主要包括RequestHandler用于创建Web应用程序和各种支持类的子类
• HTTP服务器与客户端
  主要包括HTTPServer和AsyncHTTPClient
• 异步网络库
  主要包括IOLoop和IOStream作为HTTP组件的构建块
• 协程库
  Tornado的Web框架和HTTP服务器一起提供了完整的堆栈替代方案WSGI

Tornado实现异步原理

1. 每个请求过来就会创建一个socket对象，并yield一个future对象，然后tornado就处理下一个连接了
2. tornado内部会以socket对象为key，future对象为value加入字典
3. tornado内部调用epoll方法监听这个全局字典，有socket对象变化就会执行future.set_result(’…’)
4. 执行future.set_result(’…’)后就会将future.ready标志位变成True，然后就会调用callback方法返回内容

注1：yield 一个 Future对象，那么Tornado会等待，直到执行future.set_result(’…’)才会释放
　
注2：epoll实质是不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程
　
　　　　　
Tornado实现异步非阻塞举例

import tornado.ioloop
import tornado.web
from tornado import gen

class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler):
    @gen.coroutine
    def get(self):
        self.write('I am index!!')

application = tornado.web.Application([
   (r"/index/", IndexHandler),
])

if __name__ == "__main__":
    print('http://127.0.0.1:8888/index/')
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

模块

Tornado是一个轻量级框架，它的模块不多最重要的模块是web，web模块包含了Tornado大部分主要功能的Web框架，其他模块都是工具性质的，以便让Web模块更加有用。

Core Web Framework 核心Web框架

• tornado.web 包括Web框架大部分主要功能，包括RequestHandler和Application类
• tornado.httpserver一个无阻塞HTTP服务器的实现
• tornado.template模板系统
• tornado.escape HTML、JSON、URLs等编码解码和字符串操作
• tornado.locale国际化支持

Asynchronous Networking 异步网络底层模块

• tornado.ioloop 核心IO循环
• tornado.iostream对非阻塞的Socket的简单封装以方便常用读写操作
• tornado.httpclient无阻塞的HTTP服务器实现
• tornado.netutil网络应用的实现主要是TCPServer类

Integration With Other Services 系统集成服务

• tornado.auth 使用OpenId和OAuth进行第三方登录
• tornado.databaseMySQL服务端封装
• tornado.platform.twisted在Tornado上运行Twisted实现的代码
• tornado.websocket实现和浏览器的双向通信
• tornado.wsgi其他Python网络框架或服务器的相互操作

Utilities 应用模块

• tornado.autoload产生环境中自动检查代码更新
• tornado.gen基于生成器的接口，使用该模块 保证代码异步运行
• tornado.httputil分析HTTP请求内容
• tornado.options解析终端参数
• tornado.process多进程实现的封装
• tornado.stack_context异步环境中对回调函数上下文保存、异常处理
• tornado.testing单元测试

Tornado服务器的三个底层核心模块

• httpserver 服务于web模块的一个简单的HTTP服务器的实现

Tornado的HTTPConnection类用来处理HTTP请求，包括读取HTTP请求头、读取POST传递的数据，调用用户自定义的处理方法，以及把响应数据写给客户端的socket

• iostream 对非阻塞式的socket的封装以便于常见读写操作

为了在处理请求时实现对socket的异步读写，Tornado实现了IOStream类用来处理socket的异步读写

• ioloop 核心的I/O循环

Tornado为了实现高并发和高性能，使用了一个IOLoop事件循环来处理socket的读写事件，IOLoop事件循环是基于Linux的epoll模型，可以高效地响应网络事件，这是Tornado高效的基础保证

设计模型

Tornado不仅仅是一个Web框架，它完整地实现了HTTP服务器和客户端，再此基础上提供了Web服务，它可分为四层：

• Web框架：最上层，包括处理器、模板、数据库连接、认证、本地化等Web框架所需功能

• HTTP/HTTPS层：基于HTTP协议实现了HTTP服务器和客户端

• TCP层：实现TCP服务器负责数据传输

• Event层：最底层、处理IO事件
  
  使用Tornado可以方便地架构出各种类型的web服务器，以HTTP服务器为例来分析下web服务器的工作方式
  
  一个请求处理的处理过程

• 服务器绑定bind到特定端口port，然后开始监听listen客户端的请求

• 当客户端连接connect到来时，会将请求发送给服务器

• 服务器处理请求完毕后返回响应结果给客户端

当需要处理成千上万的连接的时候，就会遇到典型的The C10K Program问题，常见的解决方案有

• 一个线程服务多个客户端，使用非阻塞I/O和水平触发的就绪通知
• 一个线程服务多个客户端，使用非阻塞I/O和就绪改变时通知
• 一个服务线程服务于多个客户端，使用异步I/O
• 一个服务线程服务于一个客户端，使用阻塞I/O
• 将服务代码编译进内核

Tornado采用的方式是“多进程 + 非阻塞 + epoll模式”