Tornado 多进程模式解析

Tornado 是一款高性能的 Python Web 框架，支持异步非阻塞 IO 操作，并兼容多进程和多线程。本文将详细讲解 Tornado 的多进程模式原理和使用方法。

多进程模式原理

Tornado 使用多进程模式提升服务器并发处理能力，每一个进程都是一个独立的 Python 解释器，负责处理用户请求。多进程模式的原理是：利用操作系统的进程管理能力，将多个进程同时运行于不同的 CPU 核心，每个进程拥有自己的内存空间和 Python 解释器，彼此之间相互独立，能够充分利用 CPU 等硬件资源，提高服务器的并发处理能力。

多进程模式的实现需要解决以下两个问题：

1. 如何创建进程池，启动多个进程？
2. 如何将请求分配给进程池中的进程处理，并实现进程之间数据共享？

Tornado 基于 multiprocessing 模块实现了进程池的创建和管理，同时使用了一个基于文件描述符和非阻塞 IO 的套接字共享方案，来实现进程之间的数据共享。不同进程之间维护着一个 Socket 连接，每次有新的请求到来时，子进程通过该 Socket 连接获取请求数据，处理请求并将结果返回给主进程，主进程再将结果返回给客户端。

多进程模式示例

示例一：多进程 Web 服务器

import tornado.web
import tornado.ioloop
import tornado.httpserver
import multiprocessing

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

class Application(tornado.web.Application):
    def __init__(self):
        handlers = [
            (r"/", MainHandler),
        ]
        super(Application, self).__init__(handlers)

if __name__ == "__main__":
    app = Application()
    server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
    server.bind(8888)
    server.start(multiprocessing.cpu_count())
    tornado.ioloop.IOLoop.current().start()

在这个示例中，我们创建了一个 MainHandler 处理器，处理根路径 / 的 GET 请求。同时，我们创建了一个多进程 Tornado 服务器，使用 HTTPServer 绑定端口并启动，使用 cpu_count() 获得 CPU 核心数来指定启动的进程数。

示例二：多进程异步非阻塞服务器

import tornado.web
import tornado.ioloop
import tornado.httpserver
import tornado.websocket
import multiprocessing

class MainHandler(tornado.websocket.WebSocketHandler):
    async def on_message(self, message):
        response = await self.fetch_data_from_database(message)
        self.write_message(response)

    async def fetch_data_from_database(self, query):
        query_result = await self.db.query(query)
        return query_result

class Application(tornado.web.Application):
    def __init__(self):
        self.db = Database()
        handlers = [
            (r"/", MainHandler),
        ]
        super(Application, self).__init__(handlers)

if __name__ == "__main__":
    app = Application()
    server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
    server.bind(8888)
    server.start(multiprocessing.cpu_count())
    tornado.ioloop.IOLoop.current().start()

在这个示例中，我们创建了一个 MainHandler 处理 WebSocket 请求，使用 on_message() 方法异步地从数据库中获取数据，并将结果返回给客户端。为了避免数据库操作阻塞主线程，我们使用了异步阻塞方式，即 async 和 await 语法。

总结

通过本文的讲解，我们了解了 Tornado 的多进程模式原理和使用方法，学习了两个实际的多进程服务器的示例，希望这些内容能够帮助您更好地理解 Tornado 的架构和实现原理，为您的 Web 开发工作提供帮助。