Web框架之Tornado

来源:http://www.cnblogs.com/wanghzh/archive/2016/08/25/5807991.html
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概述 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的有用工具 和優化。 Tornado ...


概述

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的有用工具 和優化。

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，這意味著對於實時 Web 服務來說，Tornado 是一個理想的 Web 框架。我們開發這個 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。）

下載安裝：

pip3 install tornado
 
源碼安裝
https://pypi.python.org/packages/source/t/tornado/tornado-4.3.tar.gz

框架使用

一、快速上手

#!/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")
   
application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
])
   
   
if __name__ == "__main__":
    application.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

執行過程：

  • 第一步：執行腳本，監聽 8888 埠
  • 第二步：瀏覽器客戶端訪問 /index  -->  http://127.0.0.1:8888/index
  • 第三步：伺服器接受請求，並交由對應的類處理該請求
  • 第四步：類接受到請求之後，根據請求方式（post / get / delete ...）的不同調用並執行相應的方法
  • 第五步：方法返回值的字元串內容發送瀏覽器
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import tornado.ioloop
import tornado.web
from tornado import httpclient
from tornado.web import asynchronous
from tornado import gen

import uimodules as md
import uimethods as mt

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
        @asynchronous
        @gen.coroutine
        def get(self):
            print 'start get '
            http = httpclient.AsyncHTTPClient()
            http.fetch("http://127.0.0.1:8008/post/", self.callback)
            self.write('end')

        def callback(self, response):
            print response.body

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()

非同步非阻塞示例
非同步非阻塞示例

二、路由系統

路由系統其實就是 url 和 類 的對應關係，這裡不同於其他框架，其他很多框架均是 url 對應 函數，Tornado中每個url對應的是一個類。

#!/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中原生支持二級功能變數名稱的路由，如：

三、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" : "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
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
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
其他方法

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
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
index.html

3、導入

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

header.html
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
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>wupeiqi</h1>')
        #return escape.xhtml_escape('<h1>wupeiqi</h1>')

uimodules.py
uimodules.py

b. 註冊

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
#!/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></title>
    <link href="{{static_url("commons.css")}}" rel="stylesheet" />
</head>
<body>
    <h1>hello</h1>
    {% module custom(123) %}
    {{ tab() }}
</body>
View Code

四、靜態文件

對於靜態文件，可以配置靜態文件的目錄和前段使用時的首碼，並且Tornaodo還支持靜態文件緩存。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
 
import tornado.ioloop
import tornado.web
 
 
class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        self.render('home/index.html')
 
settings = {
    'template_path': 'template',
    'static_path': 'static',
    'static_url_prefix': '/static/',
}
 
application = tornado.web.Application([
    (r"/index", MainHandler),
], **settings)
 
 
if __name__ == "__main__":
    application.listen(80)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

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

index.html
index.html

註：靜態文件緩存的實現

def get_content_version(cls, abspath):
        """Returns a version string for the resource at the given path.

        This class method may be overridden by subclasses.  The
        default implementation is a hash of the file's contents.

        .. versionadded:: 3.1
        """
        data = cls.get_content(abspath)
        hasher = hashlib.md5()
        if isinstance(data, bytes):
            hasher.update(data)
        else:
            for chunk in data:
                hasher.update(chunk)
        return hasher.hexdigest()
View Code

五、cookie

Tornado中可以對cookie進行操作，並且還可以對cookie進行簽名以放置偽造。

1、基本操作

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
內部演算法

簽名Cookie的本質是：

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 == 'wupeiqi' and password == '123':
            self.set_secure_cookie('login_user', '武沛齊')
            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':
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