Tornado Web 框架

一、简介

　　Tornado 是 FriendFeed 使用的可扩展的非阻塞式 web 服务器及其相关工具的开源版本。这个 Web 框架看起来有些像web.py 或者 Google 的 webapp，不过为了能有效利用非阻塞式服务器环境，这个 Web 框架还包含了一些相关有用工具及优化。

　　Tornado 和现在的主流 Web 服务器框架（包括大多数 Python 的框架）有着明显的区别：它是非阻塞式服务器，而且速度相当快。得利于其非阻塞的方式和对 epoll 的运用，Tornado 每秒可以处理数以千计的连接，这就意味着对于实时的 Web 服务来说，Tornado 是一个理想的 Web 框架。开发这个 Web 服务器的主要目的就是为了处理 FriendFeed 的实时功能 ——在 FriendFeed 的应用里每一个活动用户都会保持着一个服务器连接。（关于如何扩容服务器，以处理数以千计的客户端的连接的问题，请参阅 C10K problem。）

　　请参见 Tornado 文档 或 Tornado 原文文档(镜像)以详细了解该 Web 框架。

下载和安装

pip安装
pip3 install tornado
 
源码安装
tar xvzf tornado-4.4.1.tar.gz
cd tornado-4.4.1
python setup.py build
sudo python setup.py install

源码下载：tornado-1.2.1.tar.gz、 tornado-4.4.1.tar.gz

Tornado 各主要模块
web - FriendFeed 使用的基础 Web 框架，包含了 Tornado 的大多数重要的功能
escape - XHTML, JSON, URL 的编码/解码方法
database - 对 MySQLdb 的简单封装，使其更容易使用
template - 基于 Python 的 web 模板系统
httpclient - 非阻塞式 HTTP 客户端，它被设计用来和 web 及 httpserver 协同工作
auth - 第三方认证的实现（包括 Google OpenID/OAuth、Facebook Platform、Yahoo BBAuth、FriendFeed OpenID/OAuth、Twitter OAuth）
locale - 针对本地化和翻译的支持
options - 命令行和配置文件解析工具，针对服务器环境做了优化

底层模块
httpserver - 服务于 web 模块的一个非常简单的 HTTP 服务器的实现
iostream - 对非阻塞式的 socket 的简单封装，以方便常用读写操作
ioloop - 核心的 I/O 循环

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',        # 静态文件（css,js,img）
    'static_url_prefix': '/statics/',# 静态文件前缀
    'cookie_secret': 'suoning',      # cookie自定义字符串加盐
    # 'xsrf_cookies': True,          # 防止跨站伪造
    # 'ui_methods': mt,              # 自定义UIMethod函数
    # 'ui_modules': md,              # 自定义UIModule类
}

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

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

 

1、处理程序和参数

　　请求来时，程序会用正则匹配相应路由地址，并交付于 tornado.web.RequestHandler 的子类处理；子类会根据请求方式（post / get / delete ...）的不同调用并执行相应的方法，方法返回字符串内容并发送到浏览器。

self.write("<h1>Hello, World</h1>")    # html代码直接写在浏览器客户端
self.render("index.html")  # 返回html文件,调用render_string(),内部其实是打开并读取文件,返回内容
self.redirect("http://www.cnblogs.com/suoning",permanent=False) # 跳转重定向,参数代表是否永久重定向

name = self.get_argument("name")       # 获取客户端传入的参数值
name = self.get_arguments("name")      # 获取多个值，类别形式
file = self.request.files["filename"]  # 获取客户端上传的文件

raise tornado.web.HTTPError(403)       # 返回错误信息给客户端

 

2、重写 RequestHandler 的方法函数

对于一个请求的处理过程代码调用次序如下：

1. 程序为每一个请求创建一个 RequestHandler 对象；
2. 程序调用 initialize() 函数，这个函数的参数是 Application 配置中的关键字参数定义。（initialize 方法是 Tornado 1.1 中新添加的，旧版本中你需要重写 __init__ 以达到同样的目的） initialize 方法一般只是把传入的参数存到成员变量中，而不会产生一些输出或者调用像 send_error 之类的方法。
3. 程序调用 prepare()。无论使用了哪种 HTTP 方法，prepare 都会被调用到，因此这个方法通常会被定义在一个基类中，然后在子类中重用。prepare可以产生输出信息。如果它调用了finish（或send_error` 等函数），那么整个处理流程就此结束。
4. 程序调用某个 HTTP 方法：例如 get()、post()、put() 等。如果 URL 的正则表达式模式中有分组匹配，那么相关匹配会作为参数传入方法。

 重写 initialize() 函数（会在创建RequestHandler对象后调用）：

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中的模板语言和django中类似，模板引擎将模板文件载入内存，然后将数据嵌入其中，最终获取到一个完整的字符串，再将字符串返回给请求者。

Tornado 的模板支持“控制语句”和“表达语句”，控制语句是使用 {% 和 %} 包起来的 例如 {% if len(items) > 2 %}。表达语句是使用 {{ 和 }} 包起来的，例如 {{ items[0] }}。

控制语句和对应的 Python 语句的格式基本完全相同。我们支持 if、for、while 和 try，这些语句逻辑结束的位置需要用 {% end %} 做标记。还通过 extends 和 block 语句实现了模板继承。这些在 template 模块 的代码文档中有着详细的描述。

注：在使用模板前需要在setting中设置模板路径："template_path" : "views"

 1、基本使用

 app.py

 index.html

 其他方法

2、母版(模板继承）

 layout.html

 extends.html

3、导入

 header.html

 index.html

4、自定义UIMethod以UIModule

a.定义

 uimethods.py

 uimodules.py

b.注册

 app.py

c.使用

 index.html

五、静态文件和主动式文件缓存

 在应用配置 settings 中指定 static_path 选项来提供静态文件服务；

 在应用配置 settings 中指定 static_url_prefix 选项来提供静态文件前缀服务；

 在导入静态文件时用 {{static_url('XX.css')}} 方式实现主动缓存静态文件

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 方法在用户的浏览中设置 cookie；

get_cookie 方法在用户的浏览中获取 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（签名）

 Cookie 很容易被恶意的客户端伪造。加入你想在 cookie 中保存当前登陆用户的 id 之类的信息，你需要对 cookie 作签名以防止伪造。Tornado 通过 set_secure_cookie 和 get_secure_cookie 方法直接支持了这种功能。 要使用这些方法，你需要在创建应用时提供一个密钥，名字为 cookie_secret。 你可以把它作为一个关键词参数传入应用的设置中：

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=")

 内部算法源码解读

加密Cookice的本质：

写cookie过程：

• 将值进行base64加密
• 对除值以外的内容进行签名，哈希算法（无法逆向解析）
• 拼接 签名 + 加密值

读cookie过程：

• 读取 签名 + 加密值
• 对签名进行验证
• base64解密，获取值内容

注：许多API验证机制和安全cookie的实现机制相同。

 基于Cookie实现用户验证-Demo

 基于签名Cookie实现用户验证-Demo

3、JavaScript操作Cookie

 由于Cookie保存在浏览器端，所以在浏览器端也可以使用JavaScript来操作Cookie

/*
设置cookie，指定秒数过期
 */
function setCookie(name,value,expires){
    var temp = [];
    var current_date = new Date();
    current_date.setSeconds(current_date.getSeconds() + 5);
    document.cookie = name + "= "+ value +";expires=" + current_date.toUTCString();
}

对于参数：

• domain   指定域名下的cookie
• path       域名下指定url中的cookie
• secure    https使用

注：jQuery中也有指定的插件 jQuery Cookie 专门用于操作cookie，猛击这里

 

 

七、用户认证

当前已经认证的用户信息都被保存在每一个请求处理器的 self.current_user 当中， 同时在模板的 current_user 中也是。默认情况下，current_user 为 None。

要在应用程序实现用户认证的功能，你需要重写请求处理中 get_current_user() 这 个方法，在其中判定当前用户的状态，比如通过 cookie。下面的例子让用户简单地使用一个 nickname 登陆应用，该登陆信息将被保存到 cookie 中：

class BaseHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get_current_user(self):
        return self.get_secure_cookie("user")

class MainHandler(BaseHandler):
    def get(self):
        if not self.current_user:
            self.redirect("/login")
            return
        name = tornado.escape.xhtml_escape(self.current_user)
        self.write("Hello, " + name)

class LoginHandler(BaseHandler):
    def get(self):
        self.write('<html><body><form action="/login" method="post">'
                   'Name: <input type="text" name="name">'
                   '<input type="submit" value="Sign in">'
                   '</form></body></html>')

    def post(self):
        self.set_secure_cookie("user", self.get_argument("name"))
        self.redirect("/")

application = tornado.web.Application([
    (r"/", MainHandler),
    (r"/login", LoginHandler),
], cookie_secret="61oETzKXQAGaYdkL5gEmGeJJFuYh7EQnp2XdTP1o/Vo=")

对于那些必须要求用户登陆的操作，可以使用装饰器 tornado.web.authenticated。 如果一个方法套上了这个装饰器，但是当前用户并没有登陆的话，页面会被重定向到 login_url（应用配置中的一个选项），上面的例子可以被改写成：

class MainHandler(BaseHandler):
    @tornado.web.authenticated
    def get(self):
        name = tornado.escape.xhtml_escape(self.current_user)
        self.write("Hello, " + name)

settings = {
    "cookie_secret": "61oETzKXQAGaYdkL5gEmGeJJFuYh7EQnp2XdTP1o/Vo=",
    "login_url": "/login",
}
application = tornado.web.Application([
    (r"/", MainHandler),
    (r"/login", LoginHandler),
], **settings)

如果你使用 authenticated 装饰器来装饰 post() 方法，那么在用户没有登陆的状态下， 服务器会返回 403 错误。

Tornado 内部集成了对第三方认证形式的支持，比如 Google 的 OAuth 。参阅 auth 模块 的代码文档以了解更多信息。 for more details. Checkauth 模块以了解更多的细节。在 Tornado 的源码中有一个 Blog 的例子，你也可以从那里看到 用户认证的方法（以及如何在 MySQL 数据库中保存用户数据）。

 

八、CSRF 跨站伪造请求的防范

跨站伪造请求(Cross-site request forgery)， 简称为 XSRF，是个性化 Web 应用中常见的一个安全问题。前面的链接也详细讲述了 XSRF 攻击的实现方式。

当前防范 XSRF 的一种通用的方法，是对每一个用户都记录一个无法预知的 cookie 数据，然后要求所有提交的请求中都必须带有这个 cookie 数据。如果此数据不匹配 ，那么这个请求就可能是被伪造的。

Tornado 有内建的 XSRF 的防范机制，要使用此机制，你需要在应用配置中加上 xsrf_cookies 设定：

settings = {
    "cookie_secret": "61oETzKXQAGaYdkL5gEmGeJJFuYh7EQnp2XdTP1o/Vo=",
    "login_url": "/login",
    "xsrf_cookies": True,
}
application = tornado.web.Application([
    (r"/", MainHandler),
    (r"/login", LoginHandler),
], **settings)

如果设置了 xsrf_cookies，那么 Tornado 的 Web 应用将对所有用户设置一个 _xsrf 的 cookie 值，如果 POST PUT DELET 请求中没有这 个 cookie 值，那么这个请求会被直接拒绝。如果你开启了这个机制，那么在所有 被提交的表单中，你都需要加上一个域来提供这个值。你可以通过在模板中使用 专门的函数 xsrf_form_html() 来做到这一点：

<form action="/new_message" method="post">
  {{ xsrf_form_html() }}
  <input type="text" name="message"/>
  <input type="submit" value="Post"/>
</form>

如果你提交的是 AJAX 的 POST 请求，你还是需要在每一个请求中通过脚本添加上 _xsrf 这个值。下面是在 FriendFeed 中的 AJAX 的 POST 请求，使用了 jQuery 函数来为所有请求组东添加 _xsrf 值：

function getCookie(name) {
    var r = document.cookie.match("\\b" + name + "=([^;]*)\\b");
    return r ? r[1] : undefined;
}

jQuery.postJSON = function(url, args, callback) {
    args._xsrf = getCookie("_xsrf");
    $.ajax({url: url, data: $.param(args), dataType: "text", type: "POST",
        success: function(response) {
        callback(eval("(" + response + ")"));
    }});
};

对于 PUT 和 DELETE 请求（以及不使用将 form 内容作为参数的 POST 请求） 来说，你也可以在 HTTP 头中以 X-XSRFToken这个参数传递 XSRF token。

如果你需要针对每一个请求处理器定制 XSRF 行为，你可以重写 RequestHandler.check_xsrf_cookie()。例如你需要使用一个不支持 cookie 的 API， 你可以通过将 check_xsrf_cookie() 函数设空来禁用 XSRF 保护机制。然而如果 你需要同时支持 cookie 和非 cookie 认证方式，那么只要当前请求是通过 cookie 进行认证的，你就应该对其使用 XSRF 保护机制，这一点至关重要。

九、文件上传

1、Form表单上传

 HTML

 Python

2、AJAX上传（主要使用前两种方式）

 HTML - XMLHttpRequest-XHR

 HTML - jQuery

 HTML - iframe

 Python

 扩展：基于iframe实现Ajax上传示例

 

十、验证码

安装图像处理模块：pip3 install pillow

 实例截图：

验证码Demo源码下载：猛击这里，注意导入模块的路径

 验证码实例 python文件

 验证码实例 HTML文件

 

十一、非阻塞式异步请求

当一个处理请求的行为被执行之后，这个请求会自动地结束。因为 Tornado 当中使用了 一种非阻塞式的 I/O 模型，所以你可以改变这种默认的处理行为——让一个请求一直保持 连接状态，而不是马上返回，直到一个主处理行为返回。要实现这种处理方式，只需要使用 tornado.web.asynchronous 装饰器就可以了。

使用了这个装饰器之后，你必须调用 self.finish() 已完成 HTTTP 请求，否则 用户的浏览器会一直处于等待服务器响应的状态：

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

下面是一个使用 Tornado 内置的异步请求 HTTP 客户端去调用 FriendFeed 的 API 的例 子：

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    @tornado.web.asynchronous
    def get(self):
        http = tornado.httpclient.AsyncHTTPClient()
        http.fetch("http://friendfeed-api.com/v2/feed/bret",
                   callback=self.on_response)

    def on_response(self, response):
        if response.error: raise tornado.web.HTTPError(500)
        json = tornado.escape.json_decode(response.body)
        self.write("Fetched " + str(len(json["entries"])) + " entries "
                   "from the FriendFeed API")
        self.finish()

例子中，当 get() 方法返回时，请求处理还没有完成。在 HTTP 客户端执行它的回 调函数 on_response() 时，从浏览器过来的请求仍然是存在的，只有在显式调用了 self.finish() 之后，才会把响应返回到浏览器。

关于更多异步请求的高级例子，可以参阅 demo 中的 chat 这个例子。它是一个使用 long polling 方式 的 AJAX 聊天室。如果你使用到了 long polling，你可能需要复写on_connection_close()， 这样你可以在客户连接关闭以后做相关的清理动作。

十二、自定义Web组件

A. Session

何为 Session？Session和cookie之间的区别是什么？

Session是一种服务器端的机制（cookie存在于浏览器端），用于存储特定的用户会话所需的信息（session是人为按照需求建立的，而cookie是系统自带的）；session必须依赖 cookice 。

Tornado 默认没有提供 Session 机制，我们可以自定义如下：

 demo

B. 表单验证

在Web程序中往往包含大量的表单验证的工作，如：判断输入是否为空，是否符合规则。

 HTML

 Python

由于验证规则可以代码重用，所以可以如此定义：

 demo