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Web框架系列之Tornado

前言

Tornado是使用Python编写的一个强大的、可扩展的Web服务器。它在处理严峻的网络流量时表现得足够强健，但却在创建和编写时有着足够的轻量级，并能够被用在大量的应用和工具中。

Tornado是基于Bret Taylor和其他人员为FriendFeed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10,000个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，这样的设计使得其成为一个拥有非常高性能的框架。此外，它还拥有处理安全性、用户验证、社交网络以及与外部服务（如数据库和网站API）进行异步交互的工具。

Tornado所做的是能够快速简单地编写高速的Web应用。如果编写一个可扩展的社交应用、实时分析引擎，或RESTful API，那么简单而强大的Python，以及Tornado正是为你准备的！

总之，Tornado也很强大！！！

下载和安装

# pip安装
pip3 install tornado
 
# 源码安装
tar xvzf tornado-4.4.1.tar.gz
cd tornado-4.4.1
python setup.py build
sudo python setup.py install

源码下载：tornado-1.2.1.tar.gz、 tornado-4.4.1.tar.gz

Tornado各模块

# 主要模块
    web        - FriendFeed 使用的基础 Web 框架，包含了 Tornado 的大多数重要的功能
    escape     - XHTML, JSON, URL 的编码/解码方法
    database   - 对 MySQLdb 的简单封装，使其更容易使用
    template   - 基于 Python 的 web 模板系统
    httpclient - 非阻塞式 HTTP 客户端，它被设计用来和 web 及 httpserver 协同工作
    auth       - 第三方认证的实现（包括 Google、Facebook、Yahoo BBAuth、FriendFeed...）
    locale     - 针对本地化和翻译的支持
    options    - 命令行和配置文件解析工具，针对服务器环境做了优化

# 底层模块
    httpserver - 服务于 web 模块的一个非常简单的 HTTP 服务器的实现
    iostream   - 对非阻塞式的 socket 的简单封装，以方便常用读写操作
    ioloop     - 核心的 I/O 循环

Hello，world

# 经典HelloWorld示例

import tornado.ioloop
import tornado.web

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write("Hello, world")

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

if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

路由系统

路由系统其实就是 url 和类的对应关系，这里不同于其他框架，其他很多框架均是 url 对应函数，Tornado中每个url对应的是一个类。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
    
import tornado.ioloop
import tornado.web
    
    
class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write("Hello, world")
    
class StoryHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self, story_id):
        self.write("You requested the story " + story_id)
    
class BuyHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write("buy.wupeiqi.com/index")
    
application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
    (r"/story/([0-9]+)", StoryHandler),
])
    
application.add_handlers('buy.wupeiqi.com$', [
    (r'/index',BuyHandler),
])
    
if __name__ == "__main__":
    application.listen(80)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

Tornado中原生支持二级域名的路由，如：

方法

1、处理程序和参数

　　请求来时，程序会用正则匹配相应路由地址，并交付于 tornado.web.RequestHandler 的子类处理；子类会根据请求方式（post / get / delete ...）的不同调用并执行相应的方法，方法返回字符串内容并发送到浏览器。

self.write("<h1>Hello, World</h1>")    # html代码直接写在浏览器客户端
self.render("index.html")              # 返回html文件,调用render_string(),内部其实是打开并读取文件,返回内容
self.redirect("http://www.baidu.com",permanent=False) # 跳转重定向,参数代表是否永久重定向

name = self.get_argument("name")       # 获取客户端传入的参数值
name = self.get_arguments("name")      # 获取多个值，类别形式
file = self.request.files["filename"]  # 获取客户端上传的文件

raise tornado.web.HTTPError(403)       # 返回错误信息给客户端

2、重写 RequestHandler 的方法函数

对于一个请求的处理过程代码调用次序如下：

程序为每一个请求创建一个 RequestHandler 对象；
程序调用 initialize() 函数，这个函数的参数是 Application 配置中的关键字参数定义。（initialize 方法是 Tornado 1.1 中新添加的，旧版本中你需要重写 __init__ 以达到同样的目的） initialize 方法一般只是把传入的参数存到成员变量中，而不会产生一些输出或者调用像 send_error 之类的方法。
程序调用 prepare()。无论使用了哪种 HTTP 方法，prepare 都会被调用到，因此这个方法通常会被定义在一个基类中，然后在子类中重用。prepare可以产生输出信息。如果它调用了finish（或send_error` 等函数），那么整个处理流程就此结束。
程序调用某个 HTTP 方法：例如 get()、post()、put() 等。如果 URL 的正则表达式模式中有分组匹配，那么相关匹配会作为参数传入方法。

重写 initialize() 函数（会在创建RequestHandler对象后调用）：

class ProfileHandler(tornado.web.RequestHandler):

    def initialize(self,database):
        self.database = database

    def get(self):
        self.write("result:" + self.database)

application = tornado.web.Application([
    (r"/init", ProfileHandler, dict(database="database"))
])

模板引擎

Tornao中的模板语言和django中类似，模板引擎将模板文件载入内存，然后将数据嵌入其中，最终获取到一个完整的字符串，再将字符串返回给请求者。

Tornado 的模板支持“控制语句”和“表达语句”，控制语句是使用 {% 和 %} 包起来的例如 {% if len(items) > 2 %}。表达语句是使用 {{ 和 }} 包起来的，例如 {{ items[0] }}。

控制语句和对应的 Python 语句的格式基本完全相同。我们支持 if、for、while 和 try，这些语句逻辑结束的位置需要用 {% end %} 做标记。还通过 extends 和 block 语句实现了模板继承。这些在 template 模块的代码文档中有着详细的描述。

注：在使用模板前需要在setting中设置模板路径："template_path" : "tpl"

1、基本使用

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
  
import tornado.ioloop
import tornado.web
  
  
class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.render("index.html", list_info = [11,22,33])
  
application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
])
  
  
if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

app.py

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/>
    <title>老男孩</title>
    <link href="{{static_url("css/common.css")}}" rel="stylesheet" />
</head>
<body>

    <div>
        <ul>
            {% for item in list_info %}
                <li>{{item}}</li>
            {% end %}
        </ul>
    </div>
    
    <script src="{{static_url("js/jquery-1.8.2.min.js")}}"></script>
    
</body>
</html>

index.html

在模板中默认提供了一些函数、字段、类以供模板使用：

escape:         tornado.escape.xhtml_escape 的別名
xhtml_escape:   tornado.escape.xhtml_escape 的別名
url_escape:     tornado.escape.url_escape 的別名
json_encode:    tornado.escape.json_encode 的別名
squeeze:        tornado.escape.squeeze 的別名
linkify:        tornado.escape.linkify 的別名
datetime:       Python 的 datetime 模组
handler:        当前的 RequestHandler 对象
request:        handler.request 的別名
current_user:   handler.current_user 的別名
locale:         handler.locale 的別名
_:              handler.locale.translate 的別名
static_url:     for handler.static_url 的別名
xsrf_form_html: handler.xsrf_form_html 的別名

其它方法

2、母版

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/>
    <title>老男孩</title>
    <link href="{{static_url("css/common.css")}}" rel="stylesheet" />
    {% block CSS %}{% end %}
</head>
<body>

    <div class="pg-header">

    </div>
    
    {% block RenderBody %}{% end %}
   
    <script src="{{static_url("js/jquery-1.8.2.min.js")}}"></script>
    
    {% block JavaScript %}{% end %}
</body>
</html>

layout.html

{% extends 'layout.html'%}
{% block CSS %}
    <link href="{{static_url("css/index.css")}}" rel="stylesheet" />
{% end %}

{% block RenderBody %}
    <h1>Index</h1>

    <ul>
    {%  for item in li %}
        <li>{{item}}</li>
    {% end %}
    </ul>

{% end %}

{% block JavaScript %}
    
{% end %}

index.html

3、导入

<div>
    <ul>
        <li>1024</li>
        <li>42区</li>
    </ul>
</div>

header.html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/>
    <title>老男孩</title>
    <link href="{{static_url("css/common.css")}}" rel="stylesheet" />
</head>
<body>

    <div class="pg-header">
        {% include 'header.html' %}
    </div>
    
    <script src="{{static_url("js/jquery-1.8.2.min.js")}}"></script>
    
</body>
</html>

index.html

4、自定义UIMethod以UIModule

a，定义

# uimethods.py
 
def tab(self):
    return 'UIMethod'

uimethods.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from tornado.web import UIModule
from tornado import escape

class custom(UIModule):

    def render(self, *args, **kwargs):
        return escape.xhtml_escape('<h1>nick</h1>')
        #return escape.xhtml_escape('<h1>suoning</h1>')

uimodule.py

b，注册

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import tornado.ioloop
import tornado.web
from tornado.escape import linkify
import uimodules as md
import uimethods as mt

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.render('index.html')

settings = {
    'template_path': 'template',
    'static_path': 'static',
    'static_url_prefix': '/static/',
    'ui_methods': mt,
    'ui_modules': md,
}

application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
], **settings)


if __name__ == "__main__":
    application.listen(8009)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

View Code

c，使用

<!DOCTYPE html>
<html>
<head lang="en">
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Nick</title>
    <link href="{{static_url("commons.css")}}" rel="stylesheet" />
</head>
<body>
    <h1>hello</h1>
    {% module custom(123) %}
    {{ tab() }}
</body>

DEMO.html

静态文件

在应用配置 settings 中指定 static_path 选项来提供静态文件服务；

在应用配置 settings 中指定 static_url_prefix 选项来提供静态文件前缀服务；

在导入静态文件时用 {{static_url('XX.css')}} 方式实现主动缓存静态文件；

settings = {
    'template_path': 'views',
    'static_path': 'static',
    'static_url_prefix': '/static/',
}

# html使用

<head lang="en">
    <title>Nick</title>
    <link href="{{static_url("commons.css")}}" rel="stylesheet" />
</head>

Cookie

1、基本Cookie

set_cookie 方法在用户的浏览中设置 cookie；

get_cookie 方法在用户的浏览中获取 cookie。

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        if not self.get_cookie("mycookie"):
            self.set_cookie("mycookie", "myvalue")
            self.write("Your cookie was not set yet!")
        else:
            self.write("Your cookie was set!")

2、加密Cookie（签名）

Cookie 很容易被恶意的客户端伪造。加入你想在 cookie 中保存当前登陆用户的 id 之类的信息，你需要对 cookie 作签名以防止伪造。Tornado 通过 set_secure_cookie 和 get_secure_cookie 方法直接支持了这种功能。要使用这些方法，你需要在创建应用时提供一个密钥，名字为 cookie_secret。你可以把它作为一个关键词参数传入应用的设置中：

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        if not self.get_secure_cookie("mycookie"):
            self.set_secure_cookie("mycookie", "myvalue")
            self.write("Your cookie was not set yet!")
        else:
            self.write("Your cookie was set!")
             
application = tornado.web.Application([
    (r"/", MainHandler),
], cookie_secret="61oETzKXQAGaYdkL5gEmGeJJFuYh7EQnp2XdTP1o/Vo=")

加密Cookice的本质：

写cookie过程：

将值进行base64加密
对除值以外的内容进行签名，哈希算法（无法逆向解析）
拼接签名 + 加密值

读cookie过程：

读取签名 + 加密值
对签名进行验证
base64解密，获取值内容

注：许多API验证机制和安全cookie的实现机制相同。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
 
import tornado.ioloop
import tornado.web
 
 
class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
 
    def get(self):
        login_user = self.get_secure_cookie("login_user", None)
        if login_user:
            self.write(login_user)
        else:
            self.redirect('/login')
 
 
class LoginHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.current_user()
 
        self.render('login.html', **{'status': ''})
 
    def post(self, *args, **kwargs):
 
        username = self.get_argument('name')
        password = self.get_argument('pwd')
        if username == 'nick' and password == 'nicknick':
            self.set_secure_cookie('login_user', 'nick')
            self.redirect('/')
        else:
            self.render('login.html', **{'status': '用户名或密码错误'})
 
settings = {
    'template_path': 'template',
    'static_path': 'static',
    'static_url_prefix': '/static/',
    'cookie_secret': 'aiuasdhflashjdfoiuashdfiuh'
}
 
application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
    (r"/login", LoginHandler),
], **settings)
 
 
if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

基于cookie实现用户验证-DEMO

3、JavaScript操作Cookie

由于Cookie保存在浏览器端，所以在浏览器端也可以使用JavaScript来操作Cookie

/*
设置cookie，指定秒数过期
 */
function setCookie(name,value,expires){
    var temp = [];
    var current_date = new Date();
    current_date.setSeconds(current_date.getSeconds() + 5);
    document.cookie = name + "= "+ value +";expires=" + current_date.toUTCString();
}

对于参数：

domain 指定域名下的cookie
path 域名下指定url中的cookie
secure https使用

注：jQuery中也有指定的插件 jQuery Cookie 专门用于操作cookie，猛击这里

异步非阻塞

1、基本使用

装饰器 + Future 从而实现Tornado的异步非阻塞

class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
 
    @gen.coroutine
    def get(self):
        future = Future()
        future.add_done_callback(self.doing)
        yield future
        # 或
        # tornado.ioloop.IOLoop.current().add_future(future,self.doing)
        # yield future
 
    def doing(self,*args, **kwargs):
        self.write('async')
        self.finish()

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。

2，httpclient类库

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。

class AsyncHandler(tornado.web.RequestHandler):
    @gen.coroutine
    def get(self):
        from tornado import httpclient
 
        http = httpclient.AsyncHTTPClient()
        yield http.fetch("http://www.google.com", self.endding)
 
 
    def endding(self, response):
        print(len(response.body))
        self.write('ok')
        self.finish()

3，自定义web非阻塞框架

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 = [sock, ]
    # 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()

自定制web非阻塞框架-DEMO

自定制Web组件

一，session

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...

session其实就是定义在服务器端用于保存用户回话的容器，其必须依赖cookie才能实现。

import tornado.ioloop
import tornado.web
from controllers.account import LoginHandler
from controllers.home import HomeHandler

import time
import hashlib

class Cache(object):
    """
    将session保存在内存
    """
    def __init__(self):
        self.container = {}

    def __contains__(self, item):
        return item in self.container

    def initial(self,random_str):
        self.container[random_str] = {}

    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]

class Memcache(object):
    def __init__(self):
        pass

    def get(self,key):
        pass

    def set(self,key,value):
        pass

    def delete(self,key):
        pass

    def open(self):
        pass

    def close(self):
        pass

P = Cache

class Session(object):
    def __init__(self,handler):
        self.handler = handler
        self.random_str = None
        self.ppp = P()
        self.ppp.open()
        # 去用户请求信息中获取session_id，如果没有，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()
            container[self.random_str] = {}
        else:
            if client_random_str in self.ppp:
                "老用户"
                self.random_str = client_random_str
            else:
                "非法用户"
                self.random_str = self.create_random_str()
                self.ppp.initial(self.random_str)
        ctime = time.time()
        self.handler.set_cookie('session_id',self.random_str,expires=ctime+1800)
        self.ppp.close()

    def create_random_str(self):
        v = str(time.time())
        m = hashlib.md5()
        m.update(bytes(v,encoding='utf-8'))
        return m.hexdigest()

    def __setitem__(self, key, value):
        self.ppp.open()
        self.ppp.set(self.random_str,key,value)
        self.ppp.close()
    def __getitem__(self, key):
        self.ppp.open()
        v = self.ppp.get(self.random_str,key)
        self.ppp.close()
        return v
    def __delitem__(self, key):
        self.ppp.open()
        self.ppp.delete(self.random_str,key)
        self.ppp.close()

    def clear(self):
        self.ppp.open()
        self.ppp.clear(self.random_str)
        self.ppp.close()

class Foo(object):
    def initialize(self):
        # self是MainHandler对象
        self.session = Session(self)
        super(Foo,self).initialize()

class HomeHandler(Foo,tornado.web.RequestHandler):

    def get(self):
        user = self.session['uuuuu']
        if not  user:
            self.redirect("http://www.oldboyedu.com")
        else:
            self.write(user)

class LoginHandler(Foo,tornado.web.RequestHandler):

    def get(self):
        self.session['uuuuu'] = 'root'
        self.redirect('/home')

class TestHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.set_cookie('k1', 'vvv', expires=time.time()+20)

class ShowHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.write(self.get_cookie('k1'))



application = tornado.web.Application([
    (r"/login", LoginHandler),
    (r"/home", HomeHandler),
    (r"/test", TestHandler),
    (r"/show", ShowHandler),
])

if __name__ == "__main__":
    application.listen(9999)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

自定义session

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