crapy 去重与 scrapy_redis 去重与 布隆过滤器

Posted 2020-11-27 Rannie

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• scrapy 的去重
• scrapy-redis 去重
• 自定义过滤
• 布隆过滤器

在开始介绍 scrapy 的去重之前，先想想我们是怎么对 requests 对去重的。

requests 只是下载器，本身并没有提供去重功能。所以我们需要自己去做。

很典型的做法是事先定义一个去重队列，判断抓取的 url 是否在其中，如

crawled_urls = set()

def check_url(url):
 if url not in crawled_urls:
     return True
 return False

此时的集合是保存在内存中的，随着爬虫抓取内容变多，该集合会越来越大，有什么办法呢？

接着往下看，你会知道的

scrapy 的去重

scrapy 对 request 不做去重很简单，只需要在 request 对象中设置dont_filter为 True，如

yield Request(\'https://www.baidu.com/?w=python\',dont_filter=True)

看看源码是如何做的

_fingerprint_cache = weakref.WeakKeyDictionary()
def request_fingerprint(request, include_headers=None):
 if include_headers:
     include_headers = tuple(to_bytes(h.lower())
                              for h in sorted(include_headers))
 cache = _fingerprint_cache.setdefault(request, {})
 if include_headers not in cache:
     fp = hashlib.sha1()
     fp.update(to_bytes(request.method))
     fp.update(to_bytes(canonicalize_url(request.url)))
     fp.update(request.body or b\'\')
     if include_headers:
         for hdr in include_headers:
             if hdr in request.headers:
                 fp.update(hdr)
                 for v in request.headers.getlist(hdr):
                     fp.update(v)
     cache[include_headers] = fp.hexdigest()
 return cache[include_headers]

翻译

返回请求指纹

请求指纹是唯一标识请求指向的资源的哈希。 例如，请使用以下两个网址：

http://www.example.com/query?id=111&cat=222
http://www.example.com/query?cat=222&id=111

即使这两个不同的 URL 都指向相同的资源并且是等价的（即，它们应该返回相同的响应）

另一个例子是用于存储会话 ID 的 cookie。 假设以下页面仅可供经过身份验证的用户访问：

http://www.example.com/members/offers.html

许多网站使用 cookie 来存储会话 ID，这会随机添加字段到 HTTP 请求，因此在计算时应该被忽略指纹。

因此，计算时默认会忽略 request headers。 如果要包含特定 headers，请使用 include_headers 参数，它是要计算 Request headers 的列表

其实就是说：scrapy 使用 sha1 算法，对每一个 request 对象加密，生成 40 位十六进制数

我们看源码，重点是以下三行

     fp = hashlib.sha1()
     fp.update(to_bytes(request.method))
     fp.update(to_bytes(canonicalize_url(request.url)))
     fp.update(request.body or b\'\')

如果没有自定义 headers，只计算 method、url、和二进制 body，我们来计算下，代码

print(request_fingerprint(scrapy.Request(\'http://www.example.com/query?id=111&cat=222\')))
print(request_fingerprint(scrapy.Request(\'http://www.example.com/query?cat=222&id=111\')))
print(request_fingerprint(scrapy.Request(\'http://www.example.com/query\')))

输出

fad8cefa4d6198af8cb1dcf46add2941b4d32d78
fad8cefa4d6198af8cb1dcf46add2941b4d32d78
b64c43a23f5e8b99e19990ce07b75c295165a923

可以看到第一条和第二条的密码是一样的，是因为调用了canonicalize_url方法

scrapy 的去重默认会保存到内存中，如果任务重启，会导致内存中所有去重队列消失

scrapy-redis 去重

scrapy-redis 重写了 scrapy 的调度器和去重队列，所以需要在 settings 中修改如下两列

# Enables scheduling storing requests queue in redis.
SCHEDULER = "scrapy_redis.scheduler.Scheduler"

# Ensure all spiders share same duplicates filter through redis.
DUPEFILTER_CLASS = "scrapy_redis.dupefilter.RFPDupeFilter"

一般我们会在 redis 中看到这两个，分别是去重队列和种子链接

源码

 def request_seen(self, request):
     """Returns True if request was already seen.
     Parameters
     ----------
     request : scrapy.http.Request
     Returns
     -------
     bool
     """
     fp = self.request_fingerprint(request)
     # This returns the number of values added, zero if already exists.
     added = self.server.sadd(self.key, fp)
     return added == 0

 def request_fingerprint(self, request):
     """Returns a fingerprint for a given request.
     Parameters
     ----------
     request : scrapy.http.Request
     Returns
     -------
     str
     """
     return request_fingerprint(request)

首先拿到 scrapy.http.Request 会先调用 self.request_fingerprint 去计算，也就是 scrapy 的 sha1 算法去加密，然后会向 redis 中添加该指纹。

该函数的作用是：计算该请求指纹，添加到 redis 的去重队列，如果已经存在该指纹，返回 True。

我们可以看到，只要有在 settings 中添加DUPEFILTER_CLASS = "scrapy_redis.dupefilter.RFPDupeFilter"，就会在 redis 中新加一列去重队列，说下这样做的优劣势：

1. 优点：将内存中的去重队列序列化到 redis 中，就算爬虫重启或者关闭，也可以再次使用，你可以使用 SCHEDULER_PERSIST 来调整缓存
2. 缺点：如果你需要去重的指纹过大，redis 占用空间过大。8GB=8589934592Bytes，平均一个去重指纹 40Bytes，约可以存储 214,748,000 个(2 亿)。所以在做关系网络爬虫中，序列化到 redis 中可能并不是很好，保存在内存中也不好，所以就产生了布隆过滤器。

自定义过滤

如果想自定义 Filter，可以通过继承，重写 request_seen

from scrapy.dupefilter import RFPDupeFilter
class SeenURLFilter(RFPDupeFilter):
      """A dupe filter that considers the URL"""
      def __init__(self, path=None):
        self.urls_seen = set()
        RFPDupeFilter.__init__(self, path)
      def request_seen(self, request):
        if request.url in self.urls_seen:
              return True
        else:
              self.urls_seen.add(request.url)


# 修改settings设置
DUPEFILTER_CLASS =\'scraper.custom_filters.SeenURLFilter\'

布隆过滤器

bloomfilter：是一个通过多哈希函数映射到一张表的数据结构，能够快速的判断一个元素在一个集合内是否存在，具有很好的空间和时间效率。（典型例子，爬虫 url 去重）

原理：
BloomFilter 会开辟一个m位的bitArray(位数组)，开始所有数据全部置 0 。当一个元素过来时，能过多个哈希函数（h1,h2,h3....）计算不同的在哈希值，并通过哈希值找到对应的bitArray下标处，将里面的值 0 置为 1 。

在验证的时候只需要验证这些比特位是否都是 1 即可，如果其中有一个为 0，那么元素一定不在集合里，如果全为 1，则很可能在集合里。（因为可能会有其它的元素也映射到相应的比特位上）

另外说明一下，当来查找对应的值时，同样通过哈希函数求值，再去寻找数组的下标，如果所有下标都为1时，元素存在。当然也存在错误率。（如：当数组全部为1时，那么查找什么都是存在的），但是这个错误率的大小，取决于数组的位数和哈希函数的个数。

python 中使用布隆过滤器

#python3.6 安装
#需要先安装bitarray
pip3 install bitarray-0.8.1-cp36-cp36m-win_amd64.whl（pybloom_live依赖这个包，需要先安装）
#下载地址：https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/
pip3 install pybloom_live

示例一

#ScalableBloomFilter 可以自动扩容
from pybloom_live import ScalableBloomFilter

bloom = ScalableBloomFilter(initial_capacity=100, error_rate=0.001, mode=ScalableBloomFilter.LARGE_SET_GROWTH)

url = "www.cnblogs.com"
url2 = "www.liuqingzheng.top"

bloom.add(url)

print(url in bloom)
print(url2 in bloom)

示例二

#BloomFilter 是定长的
from pybloom_live import BloomFilter

bf = BloomFilter(capacity=1000)
url=\'www.baidu.com\'
bf.add(url)

print(url in bf)
print("www.liuqingzheng.top" in bf)

用了 布隆过滤器 后，就可以判断 url 是否爬过，从而可以实现增量式爬取

布隆过滤器的结果是存在内存中的，后期可以存进 redis 中