поглядел я исходники от Торнадовской реализации Websocket http://www.tornadoweb.org/documentation/websocket.html (всмысле включая исходники зависимых базовых классов)

...всё сделано элегантно, в неблокирующем виде... (WebSocketHandler базурется на RequestHandler, который в сочетании с Application -- используют обычный tornado.netutil.TCPServer и конешноже tornado.ioloop)

...и даже можно сделать WebSocketHandler.stream.setBlocking(0) ... :-) только незачем это делать так как сёравно всю "грязную" работу исполняет tornado.ioloop [хотя кстате говоря судя по исходным кодам -- допускается избавление от глобального ioloop и видимо использование отдельного ioloop (наверно в отдельной ните)]

но КОРЕНЬ проблемы как я вижу заключается вообще с тем что -- Вами потребовалось -- для реализации алгоритма использовать отдельную нить (и в ней отдельный epoll() для группы соеденений).

в конечном итоге -- нежелание работать в callback-стиле (или в стиле который какимто образом модифицирует callback-стиль в другой более приятный стиль) -- приводит к дополнительным костылям, а они в свою очередь приводят к следующим костылям, .... и в конечном итоге это приводит к тому что:
* либо: очередной костыль не удаётся придумать
* либо: очередной костыль придумывается, но он создаёт чрезмерное потребление ресурсов

(ну не приспособлен Python работать в многонитевой среде! даже нет официальной функции которая-бы выбрасывала-бы срочное исключение в чужую нить из своей нити (сигнал в нить, интерпретируемый как исключение)! уже даже только этот факт должен приводить к мыслям о том что Threading нужно обходить стороной :))

а вот исходники от https://github.com/SocketTornadIO/SocketTornad.IO -- ещё поизучать я неуспел.... может быть там реально есть какието технические проблемы... например мне странно слышать что websocket не является обычным сокетом... (а чем тогда он является? ну понятное дело что в начале происходит процесс рукопожатия.. и что "сообщения" посылаются "кадрами" -- но во всём остальном -- этоже обычный socket... даже хотябы судя по реализации websocket от tornado %))