Python（九）Tornado web 框架 其實很簡單、深度應用

来源:http://www.cnblogs.com/suoning/archive/2016/08/08/5721225.html
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一、簡介 Tornado 是 FriendFeed 使用的可擴展的非阻塞式 web 伺服器及其相關工具的開源版本。這個 Web 框架看起來有些像web.py 或者 Google 的 webapp，不過為了能有效利用非阻塞式伺服器環境，這個 Web 框架還包含了一些相關有用工具及優化。 Tornado ...


一、簡介

　　Tornado 是 FriendFeed 使用的可擴展的非阻塞式 web 伺服器及其相關工具的開源版本。這個 Web 框架看起來有些像web.py 或者 Google 的 webapp，不過為了能有效利用非阻塞式伺服器環境，這個 Web 框架還包含了一些相關有用工具及優化。

　　Tornado 和現在的主流 Web 伺服器框架（包括大多數 Python 的框架）有著明顯的區別：它是非阻塞式伺服器，而且速度相當快。得利於其非阻塞的方式和對 epoll 的運用，Tornado 每秒可以處理數以千計的連接，這就意味著對於實時的 Web 服務來說，Tornado 是一個理想的 Web 框架。開發這個 Web 伺服器的主要目的就是為了處理 FriendFeed 的實時功能 ——在 FriendFeed 的應用里每一個活動用戶都會保持著一個伺服器連接。（關於如何擴容伺服器，以處理數以千計的客戶端的連接的問題，請參閱 C10K problem。）

　　請參見 Tornado 文檔 或 Tornado 原文文檔(鏡像)以詳細瞭解該 Web 框架。

下載和安裝

pip安裝
pip3 install tornado
 
源碼安裝
tar xvzf tornado-4.4.1.tar.gz
cd tornado-4.4.1
python setup.py build
sudo python setup.py install

源碼下載：tornado-1.2.1.tar.gz、 tornado-4.4.1.tar.gz

主要模塊
web - FriendFeed 使用的基礎 Web 框架，包含了 Tornado 的大多數重要的功能
escape - XHTML, JSON, URL 的編碼/解碼方法
database - 對 MySQLdb 的簡單封裝，使其更容易使用
template - 基於 Python 的 web 模板系統
httpclient - 非阻塞式 HTTP 客戶端，它被設計用來和 web 及 httpserver 協同工作
auth - 第三方認證的實現（包括 Google OpenID/OAuth、Facebook Platform、Yahoo BBAuth、FriendFeed OpenID/OAuth、Twitter OAuth）
locale - 針對本地化和翻譯的支持
options - 命令行和配置文件解析工具，針對伺服器環境做了優化

底層模塊
httpserver - 服務於 web 模塊的一個非常簡單的 HTTP 伺服器的實現
iostream - 對非阻塞式的 socket 的簡單封裝，以方便常用讀寫操作
ioloop - 核心的 I/O 迴圈
Tornado 各模塊

 

二、Hello, world

 "Hello, world" 及 Application settings 基本配置：

import tornado.ioloop
import tornado.web
# import uimodules as md
# import uimethods as mt

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

settings = {
    'template_path': 'views',        # html文件
    'static_path': 'statics',        # 靜態文件（css,js,img）
    'static_url_prefix': '/statics/',# 靜態文件首碼
    'cookie_secret': 'suoning',      # cookie自定義字元串加鹽
    # 'xsrf_cookies': True,          # 防止跨站偽造
    # 'ui_methods': mt,              # 自定義UIMethod函數
    # 'ui_modules': md,              # 自定義UIModule類
}

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

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

 

三、方法

 1、處理程式和參數

　　請求來時，程式會用正則匹配相應路由地址，並交付於 tornado.web.RequestHandler 的子類處理；子類會根據請求方式（post / get / delete ...）的不同調用並執行相應的方法，方法返回字元串內容併發送到瀏覽器。

self.write("<h1>Hello, World</h1>")    # html代碼直接寫在瀏覽器客戶端
self.render("index.html")  # 返回html文件,調用render_string(),內部其實是打開並讀取文件,返回內容
self.redirect("http://www.cnblogs.com/suoning",permanent=False) # 跳轉重定向,參數代表是否永久重定向

name = self.get_argument("name")       # 獲取客戶端傳入的參數值
name = self.get_arguments("name")      # 獲取多個值，類別形式
file = self.request.files["filename"]  # 獲取客戶端上傳的文件

raise tornado.web.HTTPError(403)       # 返回錯誤信息給客戶端

2、重寫 RequestHandler 的方法函數

對於一個請求的處理過程代碼調用次序如下：

  1. 程式為每一個請求創建一個 RequestHandler 對象；
  2. 程式調用 initialize() 函數，這個函數的參數是 Application 配置中的關鍵字參數定義。（initialize 方法是 Tornado 1.1 中新添加的，舊版本中你需要重寫 __init__ 以達到同樣的目的） initialize 方法一般只是把傳入的參數存到成員變數中，而不會產生一些輸出或者調用像 send_error 之類的方法。
  3. 程式調用 prepare()。無論使用了哪種 HTTP 方法，prepare 都會被調用到，因此這個方法通常會被定義在一個基類中，然後在子類中重用。prepare可以產生輸出信息。如果它調用了finish（或send_error` 等函數），那麼整個處理流程就此結束。
  4. 程式調用某個 HTTP 方法：例如 get()、post()、put() 等。如果 URL 的正則表達式模式中有分組匹配，那麼相關匹配會作為參數傳入方法。

 重寫 initialize() 函數（會在創建RequestHandler對象後調用）：

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"))
])

 

四、模板引擎

Tornao中的模板語言和django中類似，模板引擎將模板文件載入記憶體，然後將數據嵌入其中，最終獲取到一個完整的字元串，再將字元串返回給請求者。

Tornado 的模板支持“控制語句”和“表達語句”，控制語句是使用 {% 和 %} 包起來的 例如 {% if len(items) > 2 %}。表達語句是使用 {{ 和 }} 包起來的，例如 {{ items[0] }}。

控制語句和對應的 Python 語句的格式基本完全相同。我們支持 if、for、while 和 try，這些語句邏輯結束的位置需要用 {% end %} 做標記。還通過 extends 和 block 語句實現了模板繼承。這些在 template 模塊 的代碼文檔中有著詳細的描述。

註：在使用模板前需要在setting中設置模板路徑："template_path" : "views"

 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>Nick</title>
</head>
<body>

    <div>
        <ul>
            {% for item in list_info %}
                <li>{{item}}</li>
            {% end %}
        </ul>
    </div>
    
</body>
</html>
index.html 
在模板中預設提供了一些函數、欄位、類以供模板使用：

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 模組
handler: 當前的 RequestHandler 對象
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
其他方法

2、母版

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/>
    <title>Nick</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、導入

<div>
    <ul>
        <li>1024</li>
        <li>42區</li>
    </ul>
</div>
header.html 
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/>
    <title>Nick</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、自定義UIMethod以UIModule

a.定義

# 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>')
uimodules.py

b.註冊

#!/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>
View Code

 

 五、靜態文件和主動式文件緩存

 在應用配置 settings 中指定 static_path 選項來提供靜態文件服務；

 在應用配置 settings 中指定 static_url_prefix 選項來提供靜態文件首碼服務；

 在導入靜態文件時用 {{static_url('XX.css')}} 方式實現主動緩存靜態文件

settings = {
    'template_path': 'views',
    'static_path': 'static',
    'static_url_prefix': '/static/',
}
<head lang="en">
    <title>Nick</title>
    <link href="{{static_url("commons.css")}}" rel="stylesheet" />
</head>

 

六、 Cookie

1、基本Cookie

set_cookie 方法在用戶的瀏覽中設置 cookie；

get_cookie 方法在用戶的瀏覽中獲取 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（簽名）

 Cookie 很容易被惡意的客戶端偽造。加入你想在 cookie 中保存當前登陸用戶的 id 之類的信息，你需要對 cookie 作簽名以防止偽造。Tornado 通過 set_secure_cookie 和 get_secure_cookie 方法直接支持了這種功能。 要使用這些方法，你需要在創建應用時提供一個密鑰，名字為 cookie_secret。 你可以把它作為一個關鍵詞參數傳入應用的設置中：

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=")
def _create_signature_v1(secret, *parts):
    hash = hmac.new(utf8(secret), digestmod=hashlib.sha1)
    for part in parts:
        hash.update(utf8(part))
    return utf8(hash.hexdigest())

# 加密
def _create_signature_v2(secret, s):
    hash = hmac.new(utf8(secret), digestmod=hashlib.sha256)
    hash.update(utf8(s))
    return utf8(hash.hexdigest())

def create_signed_value(secret, name, value, version=None, clock=None,
                        key_version=None):
    if version is None:
        version = DEFAULT_SIGNED_VALUE_VERSION
    if clock is None:
        clock = time.time

    timestamp = utf8(str(int(clock())))
    value = base64.b64encode(utf8(value))
    if version == 1:
        signature = _create_signature_v1(secret, name, value, timestamp)
        value = b"|".join([value, timestamp, signature])
        return value
    elif version == 2:
        # The v2 format consists of a version number and a series of
        # length-prefixed fields "%d:%s", the last of which is a
        # signature, all separated by pipes.  All numbers are in
        # decimal format with no leading zeros.  The signature is an
        # HMAC-SHA256 of the whole string up to that point, including
        # the final pipe.
        #
        # The fields are:
        # - format version (i.e. 2; no length prefix)
        # - key version (integer, default is 0)
        # - timestamp (integer seconds since epoch)
        # - name (not encoded; assumed to be ~alphanumeric)
        # - value (base64-encoded)
        # - signature (hex-encoded; no length prefix)
        def format_field(s):
            return utf8("%d:" % len(s)) + utf8(s)
        to_sign = b"|".join([
            b"2",
            format_field(str(key_version or 0)),
            format_field(timestamp),
            format_field(name),
            format_field(value),
            b''])

        if isinstance(secret, dict):
            assert key_version is not None, 'Key version must be set when sign key dict is used'
            assert version >= 2, 'Version must be at least 2 for key version support'
            secret = secret[key_version]

        signature = _create_signature_v2(secret, to_sign)
        return to_sign + signature
    else:
        raise ValueError("Unsupported version %d" % version)

# 解密
def _decode_signed_value_v1(secret, name, value, max_age_days, clock):
    parts = utf8(value).split(b"|")
    if len(parts) != 3:
        return None
    signature = _create_signature_v1(secret, name, parts[0], parts[1])
    if not _time_independent_equals(parts[2], signature):
        gen_log.warning("Invalid cookie signature %r", value)
        return None
    timestamp = int(parts[1])
    if timestamp < clock() - max_age_days * 86400:
        gen_log.warning("Expired cookie %r", value)
        return None
    if timestamp > clock() + 31 * 86400:
        # _cookie_signature does not hash a delimiter between the
        # parts of the cookie, so an attacker could transfer trailing
        # digits from the payload to the timestamp without altering the
        # signature.  For backwards compatibility, sanity-check timestamp
        # here instead of modifying _cookie_signature.
        gen_log.warning("Cookie timestamp in future; possible tampering %r",
                        value)
        return None
    if parts[1].startswith(b"0"):
        gen_log.warning("Tampered cookie %r", value)
        return None
    try:
        return base64.b64decode(parts[0])
    except Exception:
        return None


def _decode_fields_v2(value):
    def _consume_field(s):
        length, _, rest = s.partition(b':')
        n = int(length)
        field_value = rest[:n]
        # In python 3, indexing bytes returns small integers; we must
        # use a slice to get a byte string as in python 2.
        if rest[n:n + 1] != b'|':
            raise ValueError("malformed v2 signed value field")
        rest = rest[n + 1:]
        return field_value, rest

    rest = value[2:]  # remove version number
    key_version, rest = _consume_field(rest)
    timestamp, rest = _consume_field(rest)
    name_field, rest = _consume_field(rest)
    value_field, passed_sig = _consume_field(rest)
    return int(key_version), timestamp, name_field, value_field, passed_sig


def _decode_signed_value_v2(secret, name, value, max_age_days, clock):
    try:
        key_version, timestamp, name_field, value_field, passed_sig = _decode_fields_v2(value)
    except ValueError:
        return None
    signed_string = value[:-len(passed_sig)]

    if isinstance(secret, dict):
        try:
            secret = secret[key_version]
        except KeyError:
            return None

    expected_sig = _create_signature_v2(secret, signed_string)
    if not _time_independent_equals(passed_sig, expected_sig):
        return None
    if name_field != utf8(name):
        return None
    timestamp = int(timestamp)
    if timestamp < clock() - max_age_days * 86400:
        # The signature has expired.
        return None
    try:
        return base64.b64decode(value_field)
    except Exception:
        return None


def get_signature_key_version(value):
    value = utf8(value)
    version = _get_version(value)
    if version < 2:
        return None
    try:
        key_version, _, _, _, _ = _decode_fields_v2(value)
    except ValueError:
        return None

    return key_version
內部演算法

加密Cookice的本質：

寫cookie過程：

  • 將值進行base64加密
  • 對除值以外的內容進行簽名，哈希演算法（無法逆向解析）
  • 拼接 簽名 + 加密值

讀cookie過程：

  • 讀取 簽名 + 加密值
  • 對簽名進行驗證
  • base64解密，獲取值內容

註：許多API驗證機制和安全cookie的實現機制相同。

#!/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': '用戶名或密碼錯誤'})
 
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()
基於Cookie實現用戶驗證-Demo 
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
 
import tornado.ioloop
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