Tornado 源码分析

简述

源码分析基于 Tornado 2.0 版本，2.0 版本时候 Tornado 的介绍还是：

Tornado is an open source version of the scalable, non-blocking web server and and tools that power FriendFeed.

这个时候介绍中还未加入 asynchronous networking library，关于 Tornado 在以后版本中对 asynchronous 的支持，在下篇文章会进行介绍。

这篇文章主要介绍 Tornado 基本执行流程，对 HTTP Request 的解析和处理，和 No-blocking I/O 在 Tornado 的具体应用。

执行流程

我们用一个简单的 Hello World 示例分析其基本的执行流程。

#!/usr/bin/env python

import tornado.httpserver
import tornado.ioloop
import tornado.options
import tornado.web

from tornado.options import define, options

define("port", default=8888, help="run on the given port", type=int)

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

def main():
    tornado.options.parse_command_line()
    application = tornado.web.Application([
        (r"/", MainHandler),
    ])
    http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(application)
    http_server.listen(options.port)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

if __name__ == "__main__":
    main()

代码测试无误后，添加 pdb.set_trace() 开始获取 “调用堆栈”。

class TestHandler(RequestHandler):
    def get(self):
        import pdb
        pdb.set_trace()
        self.write("Hello, World!\n")

使用 curl 请求 curl http://localhost:8888 触发断点。
在 pdb 中输入 w 获取详细堆栈信息，输入 u d 可在上下堆栈之间切换，查看函数的调用情况。
以上测试方法来自于 参考资料 2。

IOLoop

先来看一下 IOLoop 的基本功能：

IOLoop 的基本功能

可以看到 IOLoop 是典型的 Reactor 模型 的实现。

再来看一下 Hello World 那个代码的详细执行流程，以及 IOLoop 是如何发挥总调度作用的：

IOLoop 调度流程

比较重要的是绿色部分把 listening socket fd 和 connecting socket fd 添加到 ioloop 中的过程。然后 ioloop 在监听到这些 fd 可用之后，开始调用对应的处理函数开始处理。

HTTP Request 的解析和处理

HTTP Request 的解析和处理

数据的读写都是通过 IOStream 实现，绿色部分表示对 HTTP Request Header 和 HTTP Request Body 的处理。

各 Class 的主要作用

Tornado 各个类的分工还是很清晰的，实现也比较容易看懂。

• HTTPServer

  处理套接字的 listen/bind/accept。

• IOStream

  处理套接字的 read/write。

• HTTPConnection

  处理与 HTTP client 建立的连接，解析 HTTP Request 的 header 和 body。

• IOLoop

  I/O loop，循环取出可用的 fd，并调用对应的事件处理函数。

• RequestHandler

  处理请求，支持 GET/POST 等操作。

No-bloking I/O

先看两个事件处理函数：

def handle_read():
    socket.setblocking(False)
    while True:
        try:
            data = socket.recv(1024)
        except socket.error, e:
            if e.args[0] in (errno.EWOULDBLOCK, errno.EAGAIN):
                return
            raise

def handle_accept():
    socket.setblocking(False)
    while True:
        try:
            connection, address = sockets.accept()
        except socket.error, e:
            if e.args[0] in (errno.EWOULDBLOCK, errno.EAGAIN):
                return
            raise

考虑一下这里为什么要采用非阻塞方式来 read/accept 数据？
我们发现 IOLoop 已经通过多路复用帮我们监听了所有 fds，等 fd 可用之后才开始调用对应的事件处理函数。换句话说在调用 handle_read/handle_accept 我们已经知道 fd 可用了，那为什么不采用阻塞 I/O 读取，而要采用非阻塞 I/O 的方式呢？
问题其实可以抽象成「多路复用为什么要搭配非阻塞 I/O」，具体讨论可以参考 这里。

参考资料

1. Tornado 2.0
2. 有没有什么很好的 Tornado 的教材或者开源项目可以做参考的？
3. Tornado: 1. 流程分析
4. Tornado: 2. 源码分析
5. 高性能网络编程（一）—- accept 建立连接
6. 为什么 IO 多路复用要搭配非阻塞 IO?