Tornado的请求与响应处理：实现简单的HTTP服务器

# 1. 简介

### 1.1 什么是Tornado？

Tornado是一个Python Web框架和异步网络库，最初由FriendFeed开发，用于处理其实时服务的请求。它具有高效的非阻塞IO，可扩展性强和易于使用的特点。

### 1.2 HTTP服务器的基本概念

HTTP服务器是指能够处理和响应HTTP请求的服务器程序。它通过监听特定的网络端口，接收HTTP请求，并返回相应的HTTP响应，以此实现网络服务的提供。

### 1.3 为什么选择Tornado？

- 高性能：Tornado基于非阻塞IO和事件循环机制，适用于高并发的网络应用场景。
- 异步编程：Tornado使用异步编程模型，提供了协程和回调等方式，方便编写高效的异步代码。
- Web框架：Tornado内置了Web框架，支持URL路由、模板引擎等功能，使得开发Web应用更加便捷。

以上是Tornado简介及HTTP服务器基本概念的内容，接下来是Tornado的基本架构。

# 2. Tornado的基本架构

Tornado是一个基于Python的开源Web框架，它的设计目标是高性能和异步IO。下面我们将介绍Tornado的基本架构，包括单线程与多线程模式、IO循环与非阻塞的特性以及异步编程模型。

### 2.1 单线程与多线程模式

Tornado的服务器可以以单线程或者多线程的方式运行。在单线程模式下，所有的请求都由一个线程处理，这样可以避免多线程带来的锁竞争和线程切换开销，提高了整体性能。而在多线程模式下，可以同时处理多个请求，但需要注意线程安全性。

### 2.2 IO循环与非阻塞的特性

Tornado的核心是其IO循环，它采用了非阻塞的方式处理IO操作，提高了系统的并发能力。当一个请求到达时，Tornado会将其注册到IO循环中，并立即返回，不会阻塞其他请求的处理。当IO操作完成后，IO循环会通知请求的处理函数进行下一步处理。

### 2.3 异步编程模型

Tornado使用异步编程模型来处理IO操作。在传统的同步编程模型中，当一个IO操作发起时，程序会等待操作完成才继续执行下一步。而在异步编程模型中，程序会立即返回并注册一个回调函数，当IO操作完成后，会调用相应的回调函数进行处理。这种模型可以提高系统的并发性能，避免了线程等待的开销。

总结：Tornado的基本架构采用了单线程或者多线程模式，使用非阻塞的IO循环来处理请求，同时采用异步编程模型来处理IO操作。这些设计使得Tornado具有高性能和高并发的特性。下一节我们将介绍Tornado的请求处理过程。

# 3. Tornado的请求处理

在Tornado中，请求处理是指服务器接收到客户端发送的HTTP请求后，如何处理和响应。Tornado提供了灵活的请求处理机制，可以帮助开发者轻松地编写和管理各种类型的请求。

#### 3.1 URL路由与请求分发

URL路由是指根据不同的URL路径，将请求分发给不同的处理函数。在Tornado中，可以通过定义一个URL映射表来实现路由功能。下面是一个示例：

import tornado.ioloop
import tornado.web

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

def make_app():
    return tornado.web.Application([
        (r"/", MainHandler),
    ])

if __name__ == "__main__":
    app = make_app()
    app.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.current().start()

在上述代码中，我们定义了一个`MainHandler`类作为请求处理函数，当客户端发起GET请求时，会调用`MainHandler`类的`get`方法，并返回`Hello, Tornado!`。

在`make_app`函数中，我们创建了一个`Application`实例，并将URL映射表传递给它。其中`(r"/", MainHandler)`表示将根路径`/`映射到`MainHandler`类。

最后，通过`app.listen(8888)`指定服务器监听的端口为8888，并通过`IOLoop`启动服务器。

#### 3.2 处理请求参数与文件上传

Tornado提供了丰富的方法来处理HTTP请求中的参数和文件上传。

**处理请求参数**

当客户端提交表单数据或发送GET请求时，可以通过Tornado的`RequestHandler`类的一些方法来获取请求参数。例如，可以使用`get_argument`方法来获取URL中的参数，使用`get_body_argument`方法来获取POST请求中的参数，如下所示：

import tornado.ioloop
import tornado.web

class MainHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def get(self):
        name = self.get_argument("name")
        age = self.get_argument("age")
        self.write("Name: {} Age: {}".format(name, age))

    def post(self):
        name = self.get_body_argument("name")
        age = self.get_body_argument("age")
        self.write("Name: {} Age: {}".format(name, age))

def make_app():
    return tornado.web.Application([
        (r"/", MainHandler),
    ])

if __name__ == "__main__":
    app = make_app()
    app.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.current().start()

在上述代码中，当客户端发送GET请求时，可以通过`self.get_argument`方法获取URL中`name`和`age`参数的值。当客户端发送POST请求时，可以通过`self.get_body_argument`方法获取POST请求体中的`name`和`age`参数。

**处理文件上传**

除了处理参数外，Tornado还提供了处理文件上传的功能。可以通过`get_file`或`get_body_files`方法来获取客户端上传的文件。

import tornado.ioloop
import tornado.web

class UploadHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def post(self):
        file = self.request.files.get("file")
        if file:
            filename = file[0]["filename"]
            body = file[0]["body"]

            with open(filename, "wb") as f:
                f.write(body)

            self.write("File uploaded successfully!")

def make_app():
    return tornado.web.Application([
        (r"/upload", UploadHandler),
    ])

if __name__ == "__main__":
    app = make_app()
    app.listen(8888)
    tornado.ioloop.IOLoop.current().start()

在上述代码中，我们定义了一个`UploadHandler`类作为文件上传的处理函数。当客户端发送包含文件上传的POST请求时，可以通过`self.request.files`来获取上传的文件，然后可以通过操作文件的内容进行进一步处理。

#### 3.3 Cookie与Session管理

Tornado提供了方便的Cookie和Session管理功能。

**Cookie管理**

可以使用`set_cookie`和`get_cookie`方法来设置和获取Cookie。例如：

impo