Python Twisted系列教程3：初步认识Twisted

作者:dave@http://krondo.com/our-eye-beams-begin-to-twist/ 译者:杨晓伟(采用意译)

可以从这里从头开始阅读这个系列。

用twisted的方式实现前面的内容

最终我们将使用twisted的方式来重新实现我们前面的异步模式客户端。不过，首先我们先稍微写点简单的twisted程序来认识一下twisted。

最最简单的twisted程序就是下面的代码，其在twisted-intro目录中的basic-twisted/simple.py中。

from twisted.internet import reactor

reactor.run()

可以用下面的命令来运行它：

python basic-twisted/simple.py

正如在第二部分所说的那样，twisted是实现了Reactor模式的，因此它必然会有一个对象来代表这个reactor或者说是事件循环，而这正是twisted的核心。上面代码的第一行引入了reactor，第二行开始启动事件循环。

这个程序什么事情也不做。除非你通过ctrl+c来终止它，否则它会一直运行下去。正常情况下，我们需要给出事件循环或者文件描述符来监视I/O（连接到某个服务器上，比如说我们那个诗歌服务器）。后面我们会来介绍这部分内容，现在这里的reactor被卡住了。值得注意的是，这里并不是一个在不停运行的简单循环。如果你在桌面上有个CPU性能查看器，可以发现这个循环体不会带来任何性能损失。实际上，这个reactor被卡住在第二部分图5的最顶端，等待永远不会到来的事件发生（更具体点说是一个调用select函数，却没有监视任何文件描述符)。

下面我们会让这个程序丰富起来，不过事先要说几个结论：

Twisted的reactor只有通过调用reactor.run()来启动。

reactor循环是在其开始的进程中运行，也就是运行在主进程中。

一旦启动，就会一直运行下去。reactor就会在程序的控制下（或者具体在一个启动它的线程的控制下）。

reactor循环并不会消耗任何CPU的资源。

并不需要显式的创建reactor，只需要引入就OK了。

最后一条需要解释清楚。在Twisted中，reactor是Singleton（也是一种模式），即在一个程序中只能有一个reactor，并且只要你引入它就相应地创建一个。上面引入的方式这是twisted默认使用的方法，当然了，twisted还有其它可以引入reactor的方法。例如，可以使用

twisted.internet.pollreactor

中的系统调用来

poll

来代替

select

方法

。

若使用其它的

reactor

，需要在引入

twisted.internet.reactor

前安装它。下面是安装

pollreactor的方法

：

from twisted.internet import pollreactor

pollreactor.install()

如果你没有安装其它特殊的

reactor

而引入了

twisted.internet.reactor

，那么

Twisted

会为你安装

selectreactor

。正因为如此，习惯性做法不要在最顶层的模块内引入

reactor

以避免安装默认

reactor

，而是在你要使用

reactor

的区域内安装。

下面

是使用

pollreactor

重写上上面的程序，可以在

basic-twisted/simple-poll.py文件中找到

中找到：

from twited.internet import pollreactor

pollreactor.install()

from twisted.internet import reactor

reactor.run()

上面这段代码同样没有做任何事情。

后面我们都会只使用默认的

reactor

，就单纯为了学习来说 ，所有的不同的

reactor

做的事情都一样。

你好，

Twisted

我们得用

Twisted

来做什么吧。下面这段代码在

reactor

循环开始后向终端打印一条消息：

def hello():

print 'Hello from the reactor loop!'

print 'Lately I feel like I\'m stuck in a rut.'

from twisted.internet import reactor

reactor.callWhenRunning(hello)

print 'Starting the reactor.'

reactor.run()

这段代码可以在

basic-twisted/hello.py

中找到。运行它，会得到如下结果：

Starting the reactor.
Hello from the reactor loop!
Lately I feel like I'm stuck in a rut.

仍然需要你手动来关掉程序，因为它在打印完毕后就又卡住了。

值得注意的是，

hello

函数是在

reactor

启动后被调用的。这意味是

reactor

调用的它，也就是说

Twisted

在调用我们的函数。我们通过调用

reactor

的

callWhenRunning

函数，并传给它一个我们想调用函数的引用来实现

hello

函数的调用。当然，我们必须在启动

reactor

之前完成这些工作。

我们使用回调来描述

hello

函数的引用。回调

实际上就是交给

Twisted

（或者其它框架）的一个函数引用，这样

Twisted

会在合适的时间调用这个函数引用指向的函数，具体到这个程序中，是在

reactor

启动的时候调用。由于

Twisted

循环是独立于我们的代码，我们的业务代码与

reactor

核心代码的绝大多数交互都是通过使用

Twisted

的

APIs

回调我们的业务函数来实现的。

我们可以通过下面这段代码来观察

Twisted

是如何调用我们代码的：

import traceback

def stack():

print 'The python stack:'

traceback.print_stack()

from twisted.internet import reactor

reactor.callWhenRunning(stack)

reactor.run()

这段代码的文件是

basic-twisted/stack.py

。不出意外，它的输出是：

The python stack:
... reactor.run() <-- This is where we called the reactor
... ... <-- A bunch of Twisted function calls ...
traceback.print_stack() <-- The second line in the stack function

不用考虑这其中的若干

Twisted

本身的函数。只需要关心

reactor.run()

与我们自己的函数调用之间的关系即可。

有关回调的一些其它说明：

Twisted

并不是唯一使用回调的框架。许多历史悠久的框架都已在使用它。诸多

GUI

的框架也是基于回调来实现的，如

GTK

和

QT

。

交互式程序的编程人员特别喜欢回调。也许喜欢到想嫁给它。也许已经这样做了。但下面这几点值得我们仔细考虑下：

reactor

模式是单线程的。

像

Twisted

这种交互式模型已经实现了

reactor

循环，意味无需我们亲自去实现它。

我们仍然需要框架来调用我们自己的代码来完成业务逻辑。

因为在单线程中运行，要想跑我们自己的代码，必须在

reactor

循环中调用它们。

reactor

事先并不知道调用我们代码的哪个函数

这样的话，回调并不仅仅是一个可选项，而是游戏规则的一部分。

图

6

说明了回调过程中发生的一切：

图

6 reactor

启用回调

图

6

揭示了回调中的几个重要特性：

我们的代码与Twisted代码运行在同一个进程中。

当我们的代码运行时，Twisted代码是处于暂停状态的。

同样，当Twisted代码处于运行状态时，我们的代码处于暂停状态。

reactor事件循环会在我们的回调函数返回后恢复运行。

在一个回调函数执行过程中，实际上

Twisted

的循环

是

被有效地阻塞在我们的代码上

的

。因此，因此我们应该确保回调函数不要浪费时间（尽快返回）。特别需要强调

的是，我们应该尽量避免在回调函数中使用会阻塞

I/O

的函数。否则，我们将失去所有使用

reactor

所带来的优势。

Twisted

是不会采取特殊的预防措施来防止我们使用可阻塞的代码的，这需要我们自己来确保上面的情况不会发生。正如我们实际所看到的一样，对于普通网络

I/O

的例子，由于我们让

Twisted

替我们完成了异步通信，因此我们无需担心上面的事情发生。

其它也可能会产生阻塞的操作是读或写一个非

socket

文件描述符（如管道）或者是等待一个子进程完成。

如何从阻塞转换到非阻塞操作取决你具体的操作是什么，但是也有一些

Twisted APIs

会帮助你实现转换。值得注意的是，很多标准的

Python

方法没有办法转换为非阻塞方式。例如，

os.system

中的很多方法会在子进程完成前一直处于阻塞状态。这也就是它工作的方式。所以当你使用

Twisted

时，避

开

使用

os.system

。

退出

Twisted

原来我们可以使用

reactor

的

stop

方法来停止

Twisted

的

reactor

。但是一旦

reactor

停止就无法再启动了。（

Dave

的意思是，停止就退出程序了），因此只有在你想退出程序时才执行这个操作。

下面是退出代码，代码文件是

basic-twisted/countdown.py

：

class Countdown(object):

counter = 5

def count(self):
if self.counter == 0:
reactor.stop()
else:
print self.counter, '...'
self.counter -= 1
reactor.callLater(1, self.count)

from twisted.internet import reactor

reactor.callWhenRunning(Countdown().count)

print 'Start!'
reactor.run()
print 'Stop!'

在这个程序中使用了

callLater

函数为

Twisted

注册了一个回调函数。

callLater

中的第二个参数是回调函数，第一个则是说明你希望在将来几秒钟时执行你的回调函数。那

Twisted

如何来在指定的时间执行我们安排好的的回调函数。由于程序并没有监听任何文件描述符，为什么它没有像前那些程序那样卡在

select

循环上？

select

函数，或者其它类似的函数，同样会接纳一个超时参数。如果在只提供一个超时参数值并且没有可供

I/O

操作的文件描述符而超时时间到时，

select

函数同样会返回。因此，如果设置一个

0

的超时参数，那么会无任何阻塞地立即检查所有的文件描述符集。

你可以将超时作为图

5

中循环等待中的一种事件来看待。并且

Twisted

使用超时事件来确保那些通过

callLater

函数注册的延时回调在指定的时间执行。或者更确切的说，在指定时间的前后会执行。如果一个回调函数执行时间过长，那么下面的延时回调函数可能会被相应的后延执行。

Twisted

的

callLater

机制并不为硬实时系统提供任何时间上的保证。

下面是上面程序的输出：

Start!
5 ...
4 ...
3 ...
2 ...
1 ...
Stop!

捕获

它，

Twisted

由于

Twisted

经常会在回调中结束调用我们的代码，因此你可能会想，如果我们的回调函数中出现异常会发生什么状况。（

Dave

的意思是说，在结束我们的回调函数后会再次回到

Twisted

代码中，若在我们的回调中发生异常，那是不是异常会跑到

Twisted

代码中，而造成不可想象的后果 ）让我们来试试，在

basic-twisted/exception.py

中的程序会在一个回调函数中引发一个异常，但是这不会影响下一个回调：

def falldown():
raise Exception('I fall down.')

def upagain():
print 'But I get up again.'
reactor.stop()

from twisted.internet import reactor

reactor.callWhenRunning(falldown)
reactor.callWhenRunning(upagain)

print 'Starting the reactor.'
reactor.run()

当你在命令行中运时，会有如下的输出：

Starting the reactor. Traceback (most recent call last):
... # I removed most of the traceback
exceptions.Exception: I fall down.
But I get up again.

注意

，尽管我们看到了因第一个回调函数引发异常而出现的跟踪栈，第二个回调函数依然能够执行。如果你将

reactor.stop()

注释掉的话，程序会继续运行下去。所以说，

reactor

并不会因为回调函数中出现失败（虽然它会报告异常）而停止运行。

网络服务器通常需要这种健壮的软件。它们通常不希望由于一个随机的

Bug

导致崩溃。

也并不是说当我们发现自己的程序内部有问题时，就垂头丧气。只是想说

Twisted

能够很好的从失败的回调中返回并继续执行。

请继续讲解诗歌服务器

现在，我们已经准备好利用

Twisted

来搭建我们的诗歌服务器。在第

4

部分，我们会实现我们的异步模式的诗歌服务器的

Twisted

版。