Python Tornado 异步和非阻塞I/O

Tornado 4.3文档翻译: 用户指南-异步和非阻塞I/O

时间 2015-12-14 14:10:28 SegmentFault
原文 http://segmentfault.com/a/1190000004140561
主题 Tornado

译者说

Tornado 4.3

于2015年11月6日发布，该版本正式支持

Python3.5

的

async

/

await

关键字，并且用旧版本CPython编译Tornado同样可以使用这两个关键字，这无疑是一种进步。其次，这是最后一个支持

Python2.6

和

Python3.2

的版本了，在后续的版本了会移除对它们的兼容。现在网络上还没有

Tornado4.3

的中文文档，所以为了让更多的朋友能接触并学习到它，我开始了这个翻译项目，希望感兴趣的小伙伴可以一起参与翻译，项目地址是 tornado-zh
on Github ，翻译好的文档在 Read the Docs上 直接可以看到。欢迎Issues or PR。

异步和非阻塞I/O

实时web功能需要为每个用户提供一个多数时间被闲置的长连接,在传统的同步web服务器中，这意味着要为每个用户提供一个线程,当然每个线程的开销都是很昂贵的.

为了尽量减少并发连接造成的开销，Tornado使用了一种单线程事件循环的方式.这就意味着所有的应用代码都应该是异步非阻塞的,因为在同一时间只有一个操作是有效的.

异步和非阻塞是非常相关的并且这两个术语经常交换使用,但它们不是完全相同的事情.

阻塞

一个函数在等待某些事情的返回值的时候会被 阻塞 . 函数被阻塞的原因有很多:网络I/O,磁盘I/O,互斥锁等.事实上 每个 函数在运行和使用CPU的时候都或多或少会被阻塞(举个极端的例子来说明为什么对待CPU阻塞要和对待一般阻塞一样的严肃: 比如密码哈希函数 bcrypt ,
需要消耗几百毫秒的CPU时间,这已经远远超过了一般的网络或者磁盘请求时间了).

一个函数可以在某些方面阻塞在另外一些方面不阻塞.例如,

tornado.httpclient

在默认的配置下,会在DNS解析上面阻塞,但是在其他网络请求的时候不阻塞(为了减轻这种影响，可以用

ThreadedResolver

或者是通过正确配置

libcurl

用

tornado.curl_httpclient

来做).在Tornado的上下文中,我们一般讨论网络I/O上下文的阻塞,尽管各种阻塞已经被最小化了.

异步

异步函数在会在完成之前返回，在应用中触发下一个动作之前通常会在后台执行一些工作(和正常的 同步 函数在返回前就执行完所有的事情不同).这里列举了几种风格的异步接口:

回调参数

返回一个占位符 (

.Future

,

Promise

,

Deferred

)

传送给一个队列

回调注册表 (POSIX信号)

不论使用哪种类型的接口, 按照定义 异步函数与它们的调用者都有着不同的交互方式;也没有什么对调用者透明的方式使得同步函数异步(类似 gevent 使用轻量级线程的系统性能虽然堪比异步系统,但它们并没有真正的让事情异步).

例子

一个简单的同步函数:

from tornado.httpclient import HTTPClient

def synchronous_fetch(url):
http_client = HTTPClient()
response = http_client.fetch(url)
return response.body

把上面的例子用回调参数重写的异步函数:

from tornado.httpclient import AsyncHTTPClient

def asynchronous_fetch(url, callback):
http_client = AsyncHTTPClient()
def handle_response(response):
callback(response.body)
http_client.fetch(url, callback=handle_response)

使用

Future

代替回调:

from tornado.concurrent import Future

def async_fetch_future(url):
http_client = AsyncHTTPClient()
my_future = Future()
fetch_future = http_client.fetch(url)
fetch_future.add_done_callback(
lambda f: my_future.set_result(f.result()))
return my_future

Future

版本明显更加复杂，但是

Futures

却是Tornado中推荐的写法.因为它有两个主要的优势.首先是错误处理更加一致,因为

Future.result

方法可以简单的抛出异常(相较于常见的回调函数接口特别指定错误处理),而且

Futures

很适合和协程一起使用.协程会在后面深入讨论.这里是上面例子的协程版本,和最初的同步版本很像:

from tornado import gen

@gen.coroutine
def fetch_coroutine(url):
http_client = AsyncHTTPClient()
response = yield http_client.fetch(url)
raise gen.Return(response.body)

raise gen.Return(response.body)

声明是在Python 2 (and 3.2)下人为执行的, 因为在其中生成器不允许返回值.为了克服这个问题,Tornado的协程抛出一种特殊的叫

Return

的异常.
协程捕获这个异常并把它作为返回值.在Python 3.3和更高版本,使用

return response.body

有相同的结果.