本小节介绍Tornado HTTP服务器的基本流程，分别分析httpserver, ioloop, iostream模块的代码来剖析Tornado底层I/O的内部实现。
httpserver.py中给出了一个简单的http服务器的demo，代码如下所示：
01 |
from tornado import httpserver
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from tornado import ioloop
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04 |
def handle_request(request):
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05 |
message = "You requested %s\n" % request.uri
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06 |
request.write("HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\n%s" % (
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len(message), message))
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10 |
http_server = httpserver.HTTPServer(handle_request)
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11 |
http_server.bind(8888)
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13 |
ioloop.IOLoop.instance().start() |
该http服务器主要使用到IOLoop, IOStream, HTTPServer, HTTPConnection几大模块，分别在代码ioloop.py, iostream.py, httpserver.py中实现。工作的流程如下图所示：
服务器的工作流程：首先按照socket->bind->listen顺序创建listen socket监听客户端，并将每个listen socket的fd注册到IOLoop的单例实例中；当listen socket可读时回调_handle_events处理客户端请求；在与客户端通信的过程中使用IOStream封装了读、写缓冲区，实现与客户端的异步读写。
HTTPServer分析
HTTPServer在httpserver.py中实现，继承自TCPServer（netutil.py中实现），是一个无阻塞、单线程HTTP服务器。支持HTTP/1.1协议keep-alive连接，但不支持chunked encoding。服务器支持'X-Real-IP'和'X-Scheme'头以及SSL传输，支持多进程为prefork模式实现。在源代码的注释中对以上描述比较详细的说明，这里就不再细说。
HTTPServer和TCPServer的类结构：
1 |
class HTTPServer(TCPServer):
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2 |
def __init__(self, request_callback, no_keep_alive=False, io_loop=None, xheaders=False, ssl_options=None, **kwargs):
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3 |
def handle_stream(self, stream, address):
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1 |
class TCPServer(object):
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2 |
def __init__(self, io_loop=None, ssl_options=None):
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3 |
def listen(self, port, address=""):
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4 |
def add_sockets(self, sockets):
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5 |
def bind(self, port, address=None, family=socket.AF_UNSPEC, backlog=128):
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6 |
def start(self, num_processes=1):
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8 |
def handle_stream(self, stream, address):
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9 |
def _handle_connection(self, connection, address):
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文章开始部分创建HTTPServer的过程：首先需要定义处理request的回调函数，在tornado中通常使用tornado.web.Application封装。然后构造HTTPServer实例，注册回调函数。接下来监听端口，启动服务器。最后启动IOLoop。
01 |
def listen(self, port, address=""):
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02 |
sockets = bind_sockets(port, address=address)
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03 |
self.add_sockets(sockets)
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05 |
def bind_sockets(port, address=None, family=socket.AF_UNSPEC, backlog=128):
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06 |
# 省略sockets创建，address，flags处理部分代码
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07 |
for res in set(socket.getaddrinfo(address, port, family, socket.SOCK_STREAM,
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09 |
af, socktype, proto, canonname, sockaddr = res
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11 |
sock = socket.socket(af, socktype, proto)
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19 |
def add_sockets(self, sockets):
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20 |
if self.io_loop is None:
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21 |
self.io_loop = IOLoop.instance()
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24 |
self._sockets[sock.fileno()] = sock
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25 |
add_accept_handler(sock, self._handle_connection,
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28 |
def add_accept_handler(sock, callback, io_loop=None):
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30 |
io_loop = IOLoop.instance()
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32 |
def accept_handler(fd, events):
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35 |
connection, address = sock.accept()
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36 |
except socket.error, e:
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37 |
if e.args[0] in (errno.EWOULDBLOCK, errno.EAGAIN):
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40 |
# 当有连接被accepted时callback会被调用
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41 |
callback(connection, address)
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42 |
io_loop.add_handler(sock.fileno(), accept_handler, IOLoop.READ)
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44 |
def _handle_connection(self, connection, address):
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stream = IOStream(connection, io_loop=self.io_loop)
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48 |
self.handle_stream(stream, address)
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50 |
logging.error("Error in connection callback", exc_info=True)
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这里分析HTTPServer通过listen函数启动监听，这种方法是单进程模式。另外可以通过先后调用bind和start(num_processes=1)函数启动监听同时创建多进程服务器实例，后文有关于此的详细描述。
bind_sockets在启动监听端口过程中调用，getaddrinfo返回服务器的所有网卡信息, 每块网卡上都要创建监听客户端的请求并返回创建的sockets。创建socket过程中绑定地址和端口，同时设置了fcntl.FD_CLOEXEC（创建子进程时关闭打开的socket）和socket.SO_REUSEADDR（保证某一socket关闭后立即释放端口，实现端口复用）标志位。sock.listen(backlog=128)默认设定等待被处理的连接最大个数为128。
返回的每一个socket都加入到IOLoop中同时添加回调函数_handle_connection，IOLoop添加对相应socket的IOLoop.READ事件监听。_handle_connection在接受客户端的连接处理结束之后会被调用，调用时传入连接和ioloop对象初始化IOStream对象，用于对客户端的异步读写；然后调用handle_stream，传入创建的IOStream对象初始化一个HTTPConnection对象，HTTPConnection封装了IOStream的一些操作，用于处理HTTPRequest并返回。至此HTTP Server的创建、启动、注册回调函数的过程分析结束。
HTTPConnection分析
该类用于处理http请求。在HTTPConnection初始化时对self.request_callback赋值为一个可调用的对象（该对象用于对http请求的具体处理和应答）。该类首先读取http请求中header的结束符b("\r\n\r\n")，然后回调self._on_headers函数。request_callback的相关实现在以后的系列中有详细介绍。
01 |
def __init__(self, stream, address, request_callback, no_keep_alive=False,
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03 |
self.request_callback = request_callback
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04 |
# some configuration code
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05 |
self._header_callback = stack_context.wrap(self._on_headers)
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06 |
self.stream.read_until(b("\r\n\r\n"), self._header_callback)
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08 |
def _on_headers(self, data):
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10 |
self.request_callback(self._request)
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多进程HTTPServer
Tornado的HTTPServer是单进程单线程模式，同时提供了创建多进程服务器的接口，具体实现是在主进程启动HTTPServer时通过process.fork_processes(num_processes)产生新的服务器子进程，所有进程之间共享端口。fork_process的方法在process.py中实现，十分简洁。对fork_process详细的分析，可以参考 番外篇：Tornado的多进程管理分析。
FriendFeed使用nginx提供负载均衡、反向代理服务并作为静态文件服务器，在后端服务器上可以部署多个Tornado实例。一般可以通过Supervisor控制Tornado app，然后再通过nginx对Tornado的输出进行反向代理。 具体可以参考下这篇文章： Supervisord进程管理工具的安装使用。
