网站数据统计分析之一：日志收集原理及其实现

Posted 2023-01-02 ninglinglong

网站数据统计分析工具是网站站长和运营人员经常使用的一种工具，比较常用的有谷歌分析、百度统计 和 腾讯分析等等。所有这些统计分析工具的第一步都是网站访问数据的收集。目前主流的数据收集方式基本都是基于javascript的。本文将简要分析这种数据收集的原理，并一步一步实际搭建一个实际的数据收集系统。

注：从上图中可以看出，一个统计分析平台架构的挑战来自以下 5 个：

       （1）日志采集、（2）元数据管理、（3）业务数据建模、（4）任务调度、（5）OLAP引擎

1、数据收集原理分析

简单来说，网站统计分析工具需要收集到用户浏览目标网站的行为（如打开某网页、点击某按钮、将商品加入购物车等）及行为附加数据（如某下单行为产生的订单金额等）。早期的网站统计往往只收集一种用户行为：页面的打开。而后用户在页面中的行为均无法收集。这种收集策略能满足基本的流量分析、来源分析、内容分析及访客属性等常用分析视角，但是，随着ajax技术的广泛使用及电子商务网站对于电子商务目标的统计分析的需求越来越强烈，这种传统的收集策略已经显得力不能及。
后来，Google在其产品谷歌分析中创新性的引入了可定制的数据收集脚本，用户通过谷歌分析定义好的可扩展接口，只需编写少量的javascript代码就可以实现自定义事件和自定义指标的跟踪和分析。目前百度统计、搜狗分析等产品均照搬了谷歌分析的模式。
其实说起来两种数据收集模式的基本原理和流程是一致的，只是后一种通过javascript收集到了更多的信息。下面看一下现在各种网站统计工具的数据收集基本原理。

1.1 流程概览

首先通过一幅图总体看一下数据收集的基本流程。

 

图1. 网站统计数据收集基本流程

首先，用户的行为会触发浏览器对被统计页面的一个http请求，这里姑且先认为行为就是打开网页。当网页被打开，页面中的埋点javascript片段会被执行，用过相关工具的朋友应该知道，一般网站统计工具都会要求用户在网页中加入一小段javascript代码，这个代码片段一般会动态创建一个script标签，并将src指向一个单独的js文件，此时这个单独的js文件（图1中绿色节点）会被浏览器请求到并执行，这个js往往就是真正的数据收集脚本。数据收集完成后，js会请求一个后端的数据收集脚本（图1中的backend），这个脚本一般是一个伪装成图片的动态脚本程序，可能由php、python或其它服务端语言编写，js会将收集到的数据通过http参数的方式传递给后端脚本，后端脚本解析参数并按固定格式记录到访问日志，同时可能会在http响应中给客户端种植一些用于追踪的cookie。
上面是一个数据收集的大概流程，下面以谷歌分析为例，对每一个阶段进行一个相对详细的分析。

1.2 埋点脚本执行阶段

若要使用谷歌分析（以下简称GA），需要在页面中插入一段它提供的javascript片段，这个片段往往被称为埋点代码。下面是我的博客中所放置的谷歌分析埋点代码截图：

  

图2. 谷歌分析埋点代码

其中_gaq是GA的的全局数组，用于放置各种配置，其中每一条配置的格式为：

_gaq.push([‘Action‘, ‘param1‘, ‘param2‘, ...]);

Action指定配置动作，后面是相关的参数列表。GA给的默认埋点代码会给出两条预置配置，_setAccount用于设置网站标识ID，这个标识ID是在注册GA时分配的。_trackPageview告诉GA跟踪一次页面访问。更多配置请参考： https://developers.google.com/analytics/devguides/collection/gajs/ 。实际上，这个_gaq是被当做一个FIFO队列来用的，配置代码不必出现在埋点代码之前，具体请参考上述链接的说明。

就本文来说，_gaq的机制不是重点，重点是后面匿名函数的代码，这才是埋点代码真正要做的。这段代码的主要目的就是引入一个外部的js文件（ga.js），方式是通过document.createElement方法创建一个script并根据协议（http或https）将src指向对应的ga.js，最后将这个element插入页面的dom树上。

注意ga.async = true的意思是异步调用外部js文件，即不阻塞浏览器的解析，待外部js下载完成后异步执行。这个属性是html5新引入的。

1.3 数据收集脚本执行阶段

数据收集脚本（ga.js）被请求后会被执行，这个脚本一般要做如下几件事：
（1）通过浏览器内置javascript对象收集信息，如页面title（通过document.title）、referrer（上一跳url，通过document.referrer）、用户显示器分辨率（通过windows.screen）、cookie信息（通过document.cookie）等等一些信息。
（2）解析_gaq收集配置信息。这里面可能会包括用户自定义的事件跟踪、业务数据（如电子商务网站的商品编号等）等。
（3）将上面两步收集的数据按预定义格式解析并拼接。
（4）请求一个后端脚本，将信息放在http request参数中携带给后端脚本。
这里唯一的问题是步骤4，javascript请求后端脚本常用的方法是ajax，但是ajax是不能跨域请求的。这里ga.js在被统计网站的域内执行，而后端脚本在另外的域（GA的后端统计脚本是http://www.google-analytics.com/__utm.gif），ajax行不通。一种通用的方法是js脚本创建一个Image对象，将Image对象的src属性指向后端脚本并携带参数，此时即实现了跨域请求后端。这也是后端脚本为什么通常伪装成gif文件的原因。通过http抓包可以看到ga.js对__utm.gif的请求：

图3. 后端脚本请求的http包

可以看到ga.js在请求__utm.gif时带了很多信息，例如utmsr=1280×1024是屏幕分辨率，utmac=UA-35712773-1是_gaq中解析出的我的GA标识ID等等。
值得注意的是，__utm.gif未必只会在埋点代码执行时被请求，如果用_trackEvent配置了事件跟踪，则在事件发生时也会请求这个脚本。
由于ga.js经过了压缩和混淆，可读性很差，我们就不分析了，具体后面实现阶段我会实现一个功能类似的脚本。

1.4 后端脚本执行阶段

GA的__utm.gif是一个伪装成gif的脚本。这种后端脚本一般要完成以下几件事情：
（1）解析http请求参数的到信息。
（2）从服务器（WebServer）中获取一些客户端无法获取的信息，如访客ip等。
（3）将信息按格式写入log。
（4）生成一副1×1的空gif图片作为响应内容并将响应头的Content-type设为image/gif。
（5）在响应头中通过Set-cookie设置一些需要的cookie信息。
之所以要设置cookie是因为如果要跟踪唯一访客，通常做法是如果在请求时发现客户端没有指定的跟踪cookie，则根据规则生成一个全局唯一的cookie并种植给用户，否则Set-cookie中放置获取到的跟踪cookie以保持同一用户cookie不变（见图4）。

图4. 通过cookie跟踪唯一用户的原理

这种做法虽然不是完美的（例如用户清掉cookie或更换浏览器会被认为是两个用户），但是是目前被广泛使用的手段。注意，如果没有跨站跟踪同一用户的需求，可以通过js将cookie种植在被统计站点的域下（GA是这么做的），如果要全网统一定位，则通过后端脚本种植在服务端域下（我们待会的实现会这么做）。

2、系统的设计实现

根据上述原理，我自己搭建了一个访问日志收集系统。总体来说，搭建这个系统要做如下的事：

图5. 访问数据收集系统工作分解

下面详述每一步的实现。我将这个系统叫做MyAnalytics。

2.1 确定收集的信息

为了简单起见，我不打算实现GA的完整数据收集模型，而是收集以下信息。

名称	途径	备注
访问时间	web server	nginx $msec
IP	web server	Nginx $remote_addr
域名	javascript	document.domain
URL	javascript	document.URL
页面标题	javascript	document.title
分辨率	javascript	window.screen.height & width
颜色深度	javascript	window.screen.colorDepth
Referrer	javascript	document.referrer
浏览客户端	web server	Nginx $http_user_agent
客户端语言	javascript	navigator.language
访客标识	cookie