深入理解Python的Tornado Web框架 - HelloWorld开发者社区

一、Tornado简介

Tornado是一个使用Python编写的高效、非阻塞的web服务器软件和网络库。它被设计用于处理数以千计的并发连接，这是由于其非阻塞的I/O处理方式。Tornado最初是由FriendFeed开发的，这是一个社交聚合服务，后来被Facebook收购。Tornado通常被用于实时Web服务，需要处理大量长连接的情况。

二、安装和Hello World示例

首先，我们需要在Python环境中安装Tornado。在命令行中输入以下指令即可：

pip install tornado

安装完成后，我们可以编写一个最基本的Tornado应用，即Hello World：

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()

上述代码定义了一个简单的HTTP服务器，对于根URL("/")的GET请求，返回"Hello, world"。然后，我们在本地的8888端口上启动了这个服务器。

三、路由和请求处理

在Tornado中，每个HTTP请求都由一个RequestHandler子类进行处理。这个子类需要定义一个对应于HTTP方法（如GET或POST）的方法。在上述的Hello World示例中，我们定义了一个get()方法来响应GET请求。

每个RequestHandler子类都关联一个URL模式，这个模式由Application的路由配置决定。例如，以下代码将URL模式"/user"关联到了UserHandler：

def make_app():
    return tornado.web.Application([
        (r"/user", UserHandler),
    ])

这意味着，对于URL"/user"的请求，将由UserHandler进行处理。

四、模板和UI

Tornado包含一个强大的模板语言，使得生成动态HTML变得简单。在Tornado模板中，我们可以使用Python表达式，也可以使用控制流语句如for循环和if条件。

以下是一个Tornado模板的例子：

<html>
  <head>
    <title>{{ title }}</title>
  </head>
  <body>
    <ul>
      {% for item in items %}
      <li>{{ escape(item) }}</li>
      {% end %}
    </ul>
  </body>
</html>

在这个模板中，{{ title }}和{{ escape(item) }}是Python表达式，它们将被相应的值替换。{% for item in items %}和{% end %}则构成了一个for循环，用于生成一个列表。

五、异步和非阻塞I/O

Tornado的一个重要特点是其支持异步和非阻塞I/O。这使得Tornado可以在单个线程中处理数千个并发连接，从而有效地处理高负载的实时Web服务。

在Tornado中，我们可以使用@tornado.gen.coroutine装饰器和yield关键字编写异步操作，使得这些操作看起来像同步操作一样。例如，以下代码使用了Tornado的AsyncHTTPClient进行异步HTTP请求：

from tornado.httpclient import AsyncHTTPClient
from tornado import gen

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    @gen.coroutine
    def get(self):
        http_client = AsyncHTTPClient()
        response = yield http_client.fetch("http://example.com")
        self.write(response.body)

上述代码中，http_client.fetch()是一个异步操作，它将立即返回一个Future对象。yield关键字将暂停当前的协程，直到这个Future对象完成。在Future完成后，yield表达式的值将是Future的结果，即HTTP响应。

六、WebSockets和实时服务

Tornado支持WebSockets，这是一个在单个TCP连接上提供全双工通信的协议。这使得Tornado可以很好地支持实时Web服务。

在Tornado中，我们可以通过继承WebSocketHandler类并重写其方法来实现一个WebSocket服务。例如，以下代码实现了一个简单的回显WebSocket服务：

class EchoWebSocket(tornado.websocket.WebSocketHandler):
    def open(self):
        print("WebSocket opened")

    def on_message(self, message):
        self.write_message("You said: " + message)

    def on_close(self):
        print("WebSocket closed")