Tornado异步非阻塞的使用以及原理

Posted 2021-01-21 dominik

  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。

1 import tornado.ioloop
 2 import tornado.web
 3    
 4    
 5 class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
 6     def get(self):
 7         self.doing()
 8         self.write("Hello, world")
 9    
10     def doing(self):
11         time.sleep(10)
12 
13 
14 application = tornado.web.Application([
15     (r"/index", MainHandler),
16 ])
17    
18    
19 if __name__ == "__main__":
20     application.listen(8888)
21     tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

同步阻塞

 

 

 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。

 1 class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
 2     @gen.coroutine
 3     def get(self):
 4         future = Future()
 5         tornado.ioloop.IOLoop.current().add_timeout(time.time() + 5, self.doing)
 6         yield future
 7 
 8 
 9     def doing(self, *args, **kwargs):
10         self.write(‘async‘)
11         self.finish()

异步非阻塞

 

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。

 1 1 import tornado.web
 2  2 from tornado import gen
 3  3 from tornado import httpclient
 4  4  
 5  5 # 方式一：
 6  6 class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
 7  7     @gen.coroutine
 8  8     def get(self, *args, **kwargs):
 9  9         print(‘进入‘)
10 10         http = httpclient.AsyncHTTPClient()
11 11         data = yield http.fetch("http://www.google.com")
12 12         print(‘完事‘,data)
13 13         self.finish(‘6666‘)
14 14  
15 15 # 方式二：
16 16 # class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
17 17 #     @gen.coroutine
18 18 #     def get(self):
19 19 #         print(‘进入‘)
20 20 #         http = httpclient.AsyncHTTPClient()
21 21 #         yield http.fetch("http://www.google.com", self.done)
22 22 #
23 23 #     def done(self, response):
24 24 #         print(‘完事‘)
25 25 #         self.finish(‘666‘)
26 26  
27 27  
28 28  
29 29 application = tornado.web.Application([
30 30     (r"/async", AsyncHandler),
31 31 ])
32 32  
33 33 if __name__ == "__main__":
34 34     application.listen(8888)
35 35     tornado.ioloop.IOLoop.instance().start() 

异步发送request请求

 

 

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。

  1 import socket
  2 import select
  3 
  4 class HttpRequest(object):
  5     """
  6     用户封装用户请求信息
  7     """
  8     def __init__(self, content):
  9         """
 10 
 11         :param content:用户发送的请求数据：请求头和请求体
 12         """
 13         self.content = content
 14 
 15         self.header_bytes = bytes()
 16         self.body_bytes = bytes()
 17 
 18         self.header_dict = {}
 19 
 20         self.method = ""
 21         self.url = ""
 22         self.protocol = ""
 23 
 24         self.initialize()
 25         self.initialize_headers()
 26 
 27     def initialize(self):
 28 
 29         temp = self.content.split(b‘

‘, 1)
 30         if len(temp) == 1:
 31             self.header_bytes += temp
 32         else:
 33             h, b = temp
 34             self.header_bytes += h
 35             self.body_bytes += b
 36 
 37     @property
 38     def header_str(self):
 39         return str(self.header_bytes, encoding=‘utf-8‘)
 40 
 41     def initialize_headers(self):
 42         headers = self.header_str.split(‘
‘)
 43         first_line = headers[0].split(‘ ‘)
 44         if len(first_line) == 3:
 45             self.method, self.url, self.protocol = headers[0].split(‘ ‘)
 46             for line in headers:
 47                 kv = line.split(‘:‘)
 48                 if len(kv) == 2:
 49                     k, v = kv
 50                     self.header_dict[k] = v
 51 
 52 # class Future(object):
 53 #     def __init__(self):
 54 #         self.result = None
 55 
 56 def main(request):
 57     return "main"
 58 
 59 def index(request):
 60     return "indexasdfasdfasdf"
 61 
 62 
 63 routers = [
 64     (‘/main/‘,main),
 65     (‘/index/‘,index),
 66 ]
 67 
 68 def run():
 69     sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 70     sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
 71     sock.bind(("127.0.0.1", 9999,))
 72     sock.setblocking(False)
 73     sock.listen(128)
 74 
 75     inputs = []
 76     inputs.append(sock)
 77     while True:
 78         rlist,wlist,elist = select.select(inputs,[],[],0.05)
 79         for r in rlist:
 80             if r == sock:
 81                 """新请求到来"""
 82                 conn,addr = sock.accept()
 83                 conn.setblocking(False)
 84                 inputs.append(conn)
 85             else:
 86                 """客户端发来数据"""
 87                 data = b""
 88                 while True:
 89                     try:
 90                         chunk = r.recv(1024)
 91                         data = data + chunk
 92                     except Exception as e:
 93                         chunk = None
 94                     if not chunk:
 95                         break
 96                 # data进行处理：请求头和请求体
 97                 request = HttpRequest(data)
 98                 # 1. 请求头中获取url
 99                 # 2. 去路由中匹配，获取指定的函数
100                 # 3. 执行函数，获取返回值
101                 # 4. 将返回值 r.sendall(b‘alskdjalksdjf;asfd‘)
102                 import re
103                 flag = False
104                 func = None
105                 for route in routers:
106                     if re.match(route[0],request.url):
107                         flag = True
108                         func = route[1]
109                         break
110                 if flag:
111                     result = func(request)
112                     r.sendall(bytes(result,encoding=‘utf-8‘))
113                 else:
114                     r.sendall(b"404")
115 
116                 inputs.remove(r)
117                 r.close()
118 
119 if __name__ == ‘__main__‘:
120     run()

自定义同步阻塞框架

 

 

 

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。

  1 import socket
  2 import select
  3 import time
  4 
  5 class HttpRequest(object):
  6     """
  7     用户封装用户请求信息
  8     """
  9     def __init__(self, content):
 10         """
 11 
 12         :param content:用户发送的请求数据：请求头和请求体
 13         """
 14         self.content = content
 15 
 16         self.header_bytes = bytes()
 17         self.body_bytes = bytes()
 18 
 19         self.header_dict = {}
 20 
 21         self.method = ""
 22         self.url = ""
 23         self.protocol = ""
 24 
 25         self.initialize()
 26         self.initialize_headers()
 27 
 28     def initialize(self):
 29 
 30         temp = self.content.split(b‘

‘, 1)
 31         if len(temp) == 1:
 32             self.header_bytes += temp
 33         else:
 34             h, b = temp
 35             self.header_bytes += h
 36             self.body_bytes += b
 37 
 38     @property
 39     def header_str(self):
 40         return str(self.header_bytes, encoding=‘utf-8‘)
 41 
 42     def initialize_headers(self):
 43         headers = self.header_str.split(‘
‘)
 44         first_line = headers[0].split(‘ ‘)
 45         if len(first_line) == 3:
 46             self.method, self.url, self.protocol = headers[0].split(‘ ‘)
 47             for line in headers:
 48                 kv = line.split(‘:‘)
 49                 if len(kv) == 2:
 50                     k, v = kv
 51                     self.header_dict[k] = v
 52 
 53 class Future(object):
 54     def __init__(self,timeout=0):
 55         self.result = None
 56         self.timeout = timeout
 57         self.start = time.time()
 58 def main(request):
 59     f = Future(5)
 60     return f
 61 
 62 def index(request):
 63     return "indexasdfasdfasdf"
 64 
 65 
 66 routers = [
 67     (‘/main/‘,main),
 68     (‘/index/‘,index),
 69 ]
 70 
 71 def run():
 72     sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 73     sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
 74     sock.bind(("127.0.0.1", 9999,))
 75     sock.setblocking(False)
 76     sock.listen(128)
 77 
 78     inputs = []
 79     inputs.append(sock)
 80 
 81     async_request_dict = {
 82         # ‘socket‘: futrue
 83     }
 84 
 85     while True:
 86         rlist,wlist,elist = select.select(inputs,[],[],0.05)
 87         for r in rlist:
 88             if r == sock:
 89                 """新请求到来"""
 90                 conn,addr = sock.accept()
 91                 conn.setblocking(False)
 92                 inputs.append(conn)
 93             else:
 94                 """客户端发来数据"""
 95                 data = b""
 96                 while True:
 97                     try:
 98                         chunk = r.recv(1024)
 99                         data = data + chunk
100                     except Exception as e:
101                         chunk = None
102                     if not chunk:
103                         break
104                 # data进行处理：请求头和请求体
105                 request = HttpRequest(data)
106                 # 1. 请求头中获取url
107                 # 2. 去路由中匹配，获取指定的函数
108                 # 3. 执行函数，获取返回值
109                 # 4. 将返回值 r.sendall(b‘alskdjalksdjf;asfd‘)
110                 import re
111                 flag = False
112                 func = None
113                 for route in routers:
114                     if re.match(route[0],request.url):
115                         flag = True
116                         func = route[1]
117                         break
118                 if flag:
119                     result = func(request)
120                     if isinstance(result,Future):
121                         async_request_dict[r] = result
122                     else:
123                         r.sendall(bytes(result,encoding=‘utf-8‘))
124                         inputs.remove(r)
125                         r.close()
126                 else:
127                     r.sendall(b"404")
128                     inputs.remove(r)
129                     r.close()
130 
131         for conn in async_request_dict.keys():
132             future = async_request_dict[conn]
133             start = future.start
134             timeout = future.timeout
135             ctime = time.time()
136             if (start + timeout) <= ctime :
137                 future.result = b"timeout"
138             if future.result:
139                 conn.sendall(future.result)
140                 conn.close()
141                 del async_request_dict[conn]
142                 inputs.remove(conn)
143 
144 if __name__ == ‘__main__‘:
145     run()

自定义异步非阻塞框架