[译]Tornado异步非阻塞I/O

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.