高并發(fā)處理框架—— Tornado

Tornado 是使用 Python 編寫的一個強大的可擴展的 Web 服務(wù)器。它在處理高網(wǎng)絡(luò)流量時表現(xiàn)得足夠強健，卻在創(chuàng)建和編寫時有著足夠的輕量級，并能夠被用在大量的應(yīng)用和工具中。Tornado 作為 FriendFeed 網(wǎng)站的基礎(chǔ)框架，于2009年9月10日發(fā)布，目前已經(jīng)獲得了很多社區(qū)的支持，并且在一系列不同的場合中得到應(yīng)用。除 FriendFeed 和 Facebook 外，還有很多公司在生產(chǎn)上轉(zhuǎn)向Tornado，包括 Quora、Turntable.fm、Bit.ly、Hipmunk 及 MyYearbook 等。

Tornado的特點：

完備的 Web 框架：與 Django、Flask 等一樣，Tornado 也提供了 URL 路由映射、Request 上下文、基于模板的頁面渲染技術(shù)等開發(fā) Web 應(yīng)用的必備工具。

是一個高效的網(wǎng)絡(luò)庫，性能與 Twisted、Gevent 等底層 Python 框架相媲美：提供了異步 I/O 支持、超時事件處理。這使得 Tornado 除了可以作為 Web 應(yīng)用服務(wù)器框架，還可以用來做爬蟲應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、游戲服務(wù)器等后臺應(yīng)用。

提供高效 HTTPClient：除了服務(wù)器端框架，Tornado 還提供了基于異步框架的HTTP 客戶端。

提供高效的內(nèi)部 HTTP 服務(wù)器：雖然其他 Python 網(wǎng)絡(luò)框架(Django、Flask)也提供了內(nèi)部 HTTP 服務(wù)器，但它們的 HTTP 服務(wù)器由于性能原因只能用于測試環(huán)境。而 Tornado 的HTTP服務(wù)器與 Tornado 異步調(diào)用緊密結(jié)合，可以直接用于生產(chǎn)環(huán)境。

完備的 WebSocket 支持：WebSocket 是 HTML5 的一種新標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了瀏覽器與服務(wù)器之間的雙向?qū)崟r通信。因為 Tornado 的上述特點，Tornado 常被用作大型站點的接口服務(wù)框架，而不像 Django 那樣著眼于建立完整的大型網(wǎng)站，所以本章著重講解 Tornado 的異步及協(xié)程編程、身份認(rèn)證框架、獨特的非 WSGI 部署方式。

支持快速建站的框架——Flask

Flask 是 Python Web 框架族里比較年輕的一個，于 2010 年出現(xiàn)，這使得它吸收了其他框架的優(yōu)點，并且把自己的主要領(lǐng)域定義在了微小項目上。同時，它是可擴展的，F(xiàn)lask 讓開發(fā)者自己選擇用什么數(shù)據(jù)庫插件存儲他們的數(shù)據(jù)。很多功能簡單但性能卓越的網(wǎng)站就是基于 Flask 框架而搭建的，比如 http://httpbin.org/ 就是一個功能簡單但性能強大的 HTTP 測試項目。Flask 是一個面向簡單需求和小型應(yīng)用的微框架。

Flask的特點：

（1）內(nèi)置開發(fā)服務(wù)器和調(diào)試器

網(wǎng)絡(luò)程序調(diào)試是在將編制好的網(wǎng)站投入實際運行前，用手工或編譯程序等方法進(jìn)行測試，修正語法錯誤和邏輯錯誤的過程。有經(jīng)驗的開發(fā)者都知道，這是保證網(wǎng)站系統(tǒng)能夠正式應(yīng)用的必要步驟。

Flask 自帶的開發(fā)服務(wù)器使開發(fā)者在調(diào)試程序時無須再安裝其他任何網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，比如 Tomcat、JBoss、Apache 等。Flask 默認(rèn)處于調(diào)試狀態(tài)，使得運行中的任何錯誤會同時向兩個目標(biāo)發(fā)送信息：一個是 Python Console，即啟動Python 程序的控制臺;另一個是 HTTP 客戶端，即 Flask 開發(fā)服務(wù)器將調(diào)試信息傳遞給了客戶端。

（2）與 Python 單元測試功能無縫銜接

單元測試是對最小軟件開發(fā)單元的測試，其重點測試程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要采用白盒測試方法，由開發(fā)人員負(fù)責(zé)。單元測試的主要目標(biāo)是保證函數(shù)在給定的輸入狀態(tài)下，能夠得到預(yù)想的輸出，在不符合要求時能夠提醒開發(fā)人員進(jìn)行檢查。

Flask 提供了一個與 Python 自帶的單元測試框架 unitest 無縫銜接的測試接口，即 Flask 對象的 test_client() 函數(shù)。通過 test_client() 函數(shù)，測試程序可以模擬進(jìn)行 HTTP 訪問的客戶端來調(diào)用 Flask 路由處理函數(shù)，并且獲取函數(shù)的輸出來進(jìn)行自定義的驗證。

（3）使用 Jinja2 模板

將 HTML 頁面與后臺應(yīng)用程序聯(lián)系起來一直是網(wǎng)站程序框架的一個重要目標(biāo)。Flask 通過使用 Jinja2 模板技術(shù)解決了這個問題。Jinja2 是一個非常靈活的 HTML 模板技術(shù)，它是從 Django 模板發(fā)展而來的，但是比 Django 模板使用起來更加自由且更加高效。Jinja2 模板使用配制的語義系統(tǒng)，提供靈活的模板繼承技術(shù)，自動抗擊 XSS 跨站攻擊并且易于調(diào)試。

（4）完全兼容 WSGI 1.0 標(biāo)準(zhǔn)

WSGI(Web Server Gateway Interface)具有很強的伸縮性且能運行于多線程或多進(jìn)程環(huán)境下，因為 Python 線程全局鎖的存在，使得 WSGI 的這個特性至關(guān)重要。WSGI 已經(jīng)是 Python 界的一個主要標(biāo)準(zhǔn)，各種大型網(wǎng)路服務(wù)器對其都有良好的支持。WSGI 位于Web應(yīng)用程序與 Web 服務(wù)器之間，與 WSGI 完全兼容使得 Flask 能夠配置到各種大型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。

（5）基于 Unicode 編碼

Flask 是完全基于 Unicode 的。這對制作非純 ASCII 字符集的網(wǎng)站來說非常方便。HTTP 本身是基于字節(jié)的，也就是說任何編碼格式都可以在 HTTP 中傳輸。但是，HTTP 要求在 HTTP Head 中顯式地聲明在本次傳輸中所應(yīng)用的編碼格式。在默認(rèn)情況下，F(xiàn)lask 會自動添加一個 UTF-8 編碼格式的 HTTP Head，使程序員無須擔(dān)心編碼的問題。

底層自定義協(xié)議網(wǎng)絡(luò)框架——Twisted

以上講到的 2個 Python Web 框架都是圍繞著應(yīng)用層 HTTP 展開的，而 Twisted是一個例外。Twisted 是一個用 Python 語言編寫的事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)框架，對于追求服務(wù)器程序性能的應(yīng)用，Twisted 框架是一個很好的選擇。

Twisted 是一個有著 10 多年歷史的開源事件驅(qū)動框架。Twisted 支持很多種協(xié)議，包括傳輸層的 UDP、TCP、TLS，以及應(yīng)用層的 HTTP、FTP 等。對于所有這些協(xié)議，Twisted 提供了客戶端和服務(wù)器方面的開發(fā)工具。

Twisted 框架的歷史悠久，其主要發(fā)行版本都以 Python 2 為基礎(chǔ)，最新的版本為基于 Python 2.7 的 Twisted-15.4.0。Twisted 社區(qū)正在開發(fā)基于 Python 3 的版本，但目前為止尚沒有基于 Python 3 的 Twisted 穩(wěn)定發(fā)行版。

Twisted 是一個高性能的編程框架。在不同的操作系統(tǒng)平臺上，Twisted 利用不同的底層技術(shù)實現(xiàn)了高效能通信。在 Windows 中，Twisted 的實現(xiàn)基于 I/O 完成端口(IOCP，Input/Output Completion Port)技術(shù)，它保證了底層高效地將I/O事件通知給框架及應(yīng)用程序;在 Linux 中，Twisted 的實現(xiàn)基于 epoll 技術(shù)，epoll是Linux下多路復(fù)用 I/O 接口 select/poll 的增強版本，它能顯著提高程序在大量并發(fā)連接中只有少量活躍的情況下的系統(tǒng) CPU 利用率。

在開發(fā)方法上，Twisted引導(dǎo)程序員使用異步編程模型。Twisted 提供了豐富的Defer、Threading等特性來支持異步編程。

企業(yè)級開發(fā)框架——Django

Django 于 2003 年誕生于美國堪薩斯(Kansas)州，最初用來制作在線新聞Web站點，于 2005 年加入了 BSD 許可證家族，成為開源網(wǎng)絡(luò)框架。Django 根據(jù)比利時的爵士音樂家 Django Reinhardt 命名，作者這樣命名 Django 意味著Django 能優(yōu)雅地演奏(開發(fā))功能豐富的樂曲(Web應(yīng)用)。

它是當(dāng)前Python世界里最負(fù)盛名且最成熟的網(wǎng)絡(luò)框架。最初用來制作在線新聞的 Web 站點，目前已發(fā)展為應(yīng)用最廣泛的 Python 網(wǎng)絡(luò)框架。Django 的各模塊之間結(jié)合得比較緊密，所以在功能強大的同時又是一個相對封閉的系統(tǒng)，但是其健全的在線文檔及開發(fā)社區(qū)，使開發(fā)者在遇到問題時能找到解決方法。

Django 框架的特點：

相對于 Python 的其他 Web 框架，Django 的功能是最完整的，Django 定義了服務(wù)發(fā)布、路由映射、模板編程、數(shù)據(jù)處理的一整套功能。這也意味著 Django模塊之間緊密耦合，開發(fā)者需要學(xué)習(xí) Django 自己定義的這一整套技術(shù)。Django的主要特點如下。

完善的文檔：經(jīng)過 10 多年的發(fā)展和完善，Django 有廣泛的應(yīng)用和完善的在線文檔，開發(fā)者遇到問題時可以搜索在線文檔尋求解決方案。

集成數(shù)據(jù)訪問組件：Django 的 Model 層自帶數(shù)據(jù)庫 ORM 組件，使開發(fā)者無須學(xué)習(xí)其他數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)(dbi、SQLAlchemy 等)。

強大的 URL 映射技術(shù)：Django 使用正則表達(dá)式管理 URL 映射，因此給開發(fā)者帶來了極高的靈活性。

后臺管理系統(tǒng)自動生成：開發(fā)者只需通過簡單的幾行配置和代碼就可以實現(xiàn)完整的后臺數(shù)據(jù)管理 Web 控制臺。

錯誤信息非常完整：在開發(fā)調(diào)試過程中如果出現(xiàn)運行異常，則 Django 可以提供非常完整的錯誤信息幫助開發(fā)者定位問題，比如缺少xxx組件的配置引用等，這樣可以使開發(fā)者馬上改正錯誤。

Django 的組成結(jié)構(gòu)：

Django 是遵循MVC架構(gòu)的Web開發(fā)框架，其主要由以下幾部分組成。

管理工具(Management)：一套內(nèi)置的創(chuàng)建站點、遷移數(shù)據(jù)、維護(hù)靜態(tài)文件的命令工具。

模型(Model)：提供數(shù)據(jù)訪問接口和模塊，包括數(shù)據(jù)字段、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)關(guān)系等的定義及操作。

視圖(View)：Django 的視圖層封裝了 HTTP Request 和 Response 的一系列操作和數(shù)據(jù)流，其主要功能包括URL映射機制、綁定模板等。

模板(Template)：是一套 Django 自己的頁面渲染模板語言，用若干內(nèi)置的tags和filters定義頁面的生成方式。

表單(Form)：通過內(nèi)置的數(shù)據(jù)類型和控件生成 HTML 表單。

管理站(Admin)：通過聲明需要管理的 Model，快速生成后臺數(shù)據(jù)管理網(wǎng)站。

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