Python框架-Tornado基础(一)
一、什么是Tornado
Tornado全称Tornado Web Server，是一个用Python语言写成的Web服务器兼Web应用框架。
特点：
- 作为Web框架，是一个轻量级的Web框架，类似于另一个Python web框架Web.py，其拥有异步非阻塞IO的处理方式。
- 作为Web服务器，Tornado有较为出色的抗负载能力。
Tornado框架和服务器一起组成一个WSGI的全栈替代品。单独在WSGI容器中使用tornado网络框架或者tornaod http服务器，有一定的局限性，为了最大化的利用tornado的性能，推荐同时使用tornaod的网络框架和HTTP服务器。
Django
Django是走大而全的方向，注重的是高效开发，它最出名的是其全自动化的管理后台：只需要使用起ORM，做简单的对象定义，它就能自动生成数据库结构、以及全功能的管理后台。
Django提供的方便，也意味着Django内置的ORM跟框架内的其他模块耦合程度高，应用程序必须使用Django内置的ORM，否则就不能享受到框架内提供的种种基于其ORM的便利。
session功能
后台管理
ORM
Tornado
Tornado走的是少而精的方向，注重的是性能优越，它最出名的是异步非阻塞的设计方式。
HTTP服务器
异步编程
WebSockets
二、Tornado的基本使用
新建一个"hello.py"文件，代码如下：
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()
执行如下命令
python hello.py
1. tornado.web
tornado的基础web框架模块
（1）RequestHandler
封装了对应一个请求的所有信息和方法，write(响应信息)就是写响应信息的一个方法；对应每一种http请求方式（get、post等），把对应的处理逻辑写进同名的成员方法中（如对应get请求方式，就将对应的处理逻辑写在get()方法中），当没有对应请求方式的成员方法时，会返回“405: Method Not Allowed”错误。
（2）Application
Tornado Web框架的核心应用类，是与服务器对接的接口，里面保存了路由信息表，其初始化接收的第一个参数就是一个路由信息映射元组的列表；其listen(端口)方法用来创建一个http服务器实例，并绑定到给定端口（注意：此时服务器并未开启监听）。
2. tornado.ioloop
tornado的核心io循环模块，封装了Linux的epoll和BSD的kqueue，tornado高性能的基石。 以Linux的epoll为例，其原理如下图：
（3）IOLoop.current()
current()的作用是查看当前线程有没有IOLoop实例，没有创建一个，有的就返回，保证当前线程只有一个循环。
（4）IOLoop.start()
启动IOLoop实例的I/O循环,同时服务器监听被打开。
三、httpserver
上面我们说tornado.web.Application.listen()（示例代码中的app.listen(8888)）的方法中，创建了一个http服务器示例并绑定到给定端口，注意此时还没有监听，那么具体它是怎么实现的呢？看下面代码
import tornado.ioloop
import tornado.web
import tornado.httpserver # 新引入模块
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)
# ----------------修改的地方---------------------
http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
http_server.bind(8888) http_server.start(1) # 1 表示开启一个进程# --------------------------------------
tornado.ioloop.IOLoop.current().start()
在这一步，我们引入了tornado.httpserver模块，顾名思义，它就是tornado的HTTP服务器实现。
我们创建了一个HTTP服务器实例http_server，因为服务器要服务于我们刚刚建立的web应用，将接收到的客户端请求通过web应用中的路由映射表引导到对应的handler中，所以在构建http_server对象的时候需要传出web应用对象app。http_server.listen(8888)将服务器绑定到8888端口。
实际上一版代码中app.listen(8888)正是对这一过程的简写。
我们刚刚实现的都是单进程。
如果想开启多进程
http_server.start(num_processes=1)方法指定开启几个进程，参数num_processes默认值为1，即默认仅开启一个进程；如果num_processes为None或者<=0，则自动根据机器硬件的cpu核芯数创建同等数目的子进程；如果num_processes>0，则创建num_processes个子进程。
虽然tornado给我们提供了一次开启多个进程的方法，但是由于：
每个子进程都会从父进程中复制一份IOLoop实例，如过在创建子进程前我们的代码动了IOLoop实例，那么会影响到每一个子进程，势必会干扰到子进程IOLoop的工作；
所有进程是由一个命令一次开启的，也就无法做到在不停服务的情况下更新代码；
所有进程共享同一个端口，想要分别单独监控每一个进程就很困难。
不建议使用这种多进程的方式，而是手动开启多个进程，并且绑定不同的端口。
四、options
在前面的示例中我们都是将服务端口的参数写死在程序中，很不灵活。
tornado为我们提供了一个便捷的工具，tornado.options模块——全局参数定义、存储、转换。
tornado.options.define()
用来定义options选项变量的方法，定义的变量可以在全局的tornado.options.options中获取使用，传入参数：
- name 选项变量名，须保证全局唯一性，否则会报“Option 'xxx' already defined in ...”的错误；
- default 选项变量的默认值，如不传默认为None；
- type 选项变量的类型，从命令行或配置文件导入参数的时候tornado会根据这个类型转换输入的值，转换不成功时会报错，可以是str、float、int、datetime、timedelta中的某个，若未设置则根据default的值自动推断，若default也未设置，那么不再进行转换。可以通过利用设置type类型字段来过滤不正确的输入。
- multiple 选项变量的值是否可以为多个，布尔类型，默认值为False，如果multiple为True，那么设置选项变量时值与值之间用英文逗号分隔，而选项变量则是一个list列表（若默认值和输入均未设置，则为空列表[]）。
- help 选项变量的帮助提示信息，在命令行启动tornado时，通过加入命令行参数 --help 可以查看所有选项变量的信息（注意，代码中需要加入tornado.options.parse_command_line()）。
tornado.options.options
全局的options对象，所有定义的选项变量都会作为该对象的属性。
tornado.options.parse_command_line()
转换命令行参数，并将转换后的值对应的设置到全局options对象相关属性上。追加命令行参数的方式是--myoption=myvalue
新建opt.py，我们用代码来看一下如何使用：
import tornado.ioloop
import tornado.web
import tornado.httpserver
import tornado.options # 新导入的options模块
tornado.options.define("port", default=8000, type=int, help="run server on the given port.") # 定义服务器监听端口选项
class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
def get(self):
self.write("Hello, world")
def make_app():
return tornado.web.Application([
(r"/", MainHandler),
])
if __name__ == "__main__":
tornado.options.parse_command_line() # 获取命令行参数
app = make_app()
http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
http_server.listen(tornado.options.options.port)
tornado.ioloop.IOLoop.current().start()
执行如下命令开启程序：
python opt.py --port=9000
配置文件
我们可以像 Django 中的 setting.py 一样，定义一个我们自己的配置文件，然后导入到当前文件目录。
通常的做法是在使用配置文件的时候，通常会新建一个python文件（如config.py），然后在里面直接定义python类型的变量（可以是字典类型）；在需要配置文件参数的地方，将config.py作为模块导入，并使用其中的变量参数。
如config.py文件：
# conding:utf-8
# Redis配置
redis_options = {
'redis_host':'127.0.0.1',
'redis_port':6379,
'redis_pass':'',
}
# Tornado app配置
settings = {
'template_path': os.path.join(os.path.dirname(__file__), 'templates'),
'static_path': os.path.join(os.path.dirname(__file__), 'statics'),
'cookie_secret':'0Q1AKOKTQHqaa+N80XhYW7KCGskOUE2snCW06UIxXgI=',
'xsrf_cookies':False,
'login_url':'/login',
'debug':True,
}
# 日志
log_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), 'logs/log')
使用config.py的模块中导入config，如下：
# conding:utf-8
import tornado.web
import config
if __name__ = "__main__":
app = tornado.web.Application([], **config.settings)
...
五、Application
settings
前面的学习中，我们在创建tornado.web.Application的对象时，传入了第一个参数——路由映射列表。实际上Application类的构造函数还接收很多关于tornado web应用的配置参数，在后面的学习中我们用到的地方会为大家介绍。
我们先来学习一个参数：
debug，设置tornado是否工作在调试模式，默认为False即工作在生产模式。当设置debug=True 后，tornado会工作在调试/开发模式，在此种模式下，tornado为方便我们开发而提供了几种特性：
- 自动重启，tornado应用会监控我们的源代码文件，当有改动保存后便会重启程序，这可以减少我们手动重启程序的次数。需要注意的是，一旦我们保存的更改有错误，自动重启会导致程序报错而退出，从而需要我们保存修正错误后手动启动程序。这一特性也可单独通过autoreload=True设置；
- 取消缓存编译的模板，可以单独通过compiled_template_cache=False来设置；
- 取消缓存静态文件hash值，可以单独通过static_hash_cache=False来设置；
- 提供追踪信息，当RequestHandler或者其子类抛出一个异常而未被捕获后，会生成一个包含追踪信息的页面，可以单独通过serve_traceback=True来设置。
使用debug参数的方法：
import tornado.web
app = tornado.web.Application([], debug=True)
路由映射
先前我们在构建路由映射列表的时候，使用的是二元元组，如：
[(r"/", IndexHandler),]
对于这个映射列表中的路由，实际上还可以传入多个信息，如：
[
(r"/", Indexhandler),
(r"/cpp", ItcastHandler, {"subject":"c++"}),
url(r"/python", ItcastHandler, {"subject":"python"}, name="python_url")
]
对于路由中的字典，会传入到对应的RequestHandler的initialize()方法中：
from tornado.web import RequestHandler
class ItcastHandler(RequestHandler):
def initialize(self, subject):
self.subject = subject
def get(self):
self.write(self.subject)
对于路由中的name字段，注意此时不能再使用元组，而应使用tornado.web.url来构建。name是给该路由起一个名字，可以通过调用RequestHandler.reverse_url(name)来获取该名子对应的url。
import tornado.web
import tornado.ioloop
import tornado.httpserver
import tornado.options
from tornado.options import options, define
from tornado.web import url, RequestHandler
define("port", default=8888, type=int, help="run server on the given port.")
class IndexHandler(RequestHandler):
def get(self):
python_url = self.reverse_url("python_url")
self.write('hello world' %
python_url)
class ItcastHandler(RequestHandler):
def initialize(self, subject):
self.subject = subject
def get(self):
self.write(self.subject)
def make_app():
return tornado.web.Application([
(r"/", Indexhandler),
(r"/java", ItcastHandler, {"subject":"java"}),
url(r"/python", ItcastHandler, {"subject":"python"}, name="python_url")
], debug=True)
if __name__ == "__main__":
tornado.options.parse_command_line()
app = make_app()
http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
http_server.listen(options.port)
tornado.ioloop.IOLoop.current().start()
六、Tornado之Session实现
Tornado框架中，默认执行Handler的get/post等方法之前默认会执行 initialize方法，所以可以通过自定义的方式使得所有请求在处理前执行操作
import tornado.ioloop
import tornado.web
import time
import hashlib
# 将session_id保存在内存中
class Cache(object):
def __init__(self):
self.container = dict()
def __contains__(self, item):
return item in self.container
def initial(self,random_str):
self.container[random_str] = dict()
def get(self,random_str,key):
return self.container[random_str].get(key)
def set(self,random_str,key,value):
self.container[random_str][key] = value
def delete(self,random_str,key):
del self.container[random_str][key]
def open(self):
pass
def close(self):
pass
def clear(self,random_str):
del self.container[random_str]
db = Cache # 这里的Cache可以换成任何其他想要的Session存储方式，这里为了演示方便就直接保存在内存中了
class Session(object):
def __init__(self, handler):
self.handler = handler
self.random_str = None
self.db = db()
# 去用户请求信息中获取session_id,如果没有，表示是新用户
client_random_str = self.handler.get_cookie("session_id")
if not client_random_str:
# 新用户
self.random_str = self.create_random_str()
self.db.initial(self.random_str)
else: # 检查随机字符串是否在字典中，防止用户自己伪造session_id值
if client_random_str in self.db:
# 老用户
self.random_str = client_random_str
else:
# 非法用户 重新为其赋值
self.random_str = self.create_random_str()
self.db.initial(self.random_str)
ctime = time.time()
# 往客户端浏览器设置session_id
self.handler.set_cookie("session_id", self.random_str, expires=ctime+1800)
def create_random_str(self):
value = str(time.time())
m = hashlib.md5()
m.update(bytes(value, encoding="utf-8"))
return m.hexdigest()
def __setitem__(self, key, value):
self.db.set(self.random_str, key, value)
def __getitem__(self, key):
return self.db.get(self.random_str, key)
def __delitem__(self, key):
self.db.delete(self.random_str, key)
def clear(self):
self.db.clear(self.random_str)
class Foo(object):
def initialize(self):
self.session = Session(self) # 这里是一个重点，Foo作为HomeHandler的父类，因此这里的"self"就是HomeHandler的对象，所以可以调用"self.set_cookie()"，把
super(Foo, self).initialize() # "self"传递给Session()，通过"handler"接收，这样就可以在Session()中调用"self.set_cookie()"了
class LoginHandler(Foo, tornado.web.RequestHandler):
def get(self):
self.session["user"] = "root" # 为了演示方便，这里就不去数据库查找用户名和密码了，直接赋值
self.redirect("/home")
class HomeHandler(Foo, tornado.web.RequestHandler):
def get(self):
user = self.session["user"]
if not user:
self.redirect("https://www.biying.com")
self.write("欢迎登陆：" + user)
class MainHandler(Foo, tornado.web.RequestHandler):
def get(self):
# self.write("Hello, world")
self.render("main.html")
settings = {
"template_path":"views",
}
application = tornado.web.Application([
(r"/index", MainHandler),
(r"/login", LoginHandler),
(r"/home", HomeHandler),
], **settings)
if __name__ == "__main__":
application.listen(8888)
tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()