分布式网络爬虫的基本实现简述

Posted 2020-07-09 低调才是王道

　　一、前言

　　　　前一段时间，小小的写了一个爬虫，是关于电商网站的。今天，把它分享出来，供大家参考，如有不足之处，请见谅！（抱拳）

　　二、准备工作

　　　　我们实现的这个爬虫是Java编写的。所用到的框架或者技术如下：

　　　　Redis：分布式的Key-Value数据库，用来作存储临时的页面URL的仓库。

　　　　HttpClient：Apache旗下的一款软件，用来下载页面。

　　　　htmlCleaner&xPath：网页分析软件，解析出相关的需要的信息。

　　　　mysql数据库：用于存储爬取过来的商品的详细信息。

　　　　ZooKeeper：分布式协调工具，用于后期监控各个爬虫的运行状态。

　　三、业务需求

　　　　抓取某电商商品详细信息，需要的相关字段为：商品ID、商品名称、商品价格、商品详细信息。

　　四、整体架构布局

　　　　首先是我们的核心部分——爬虫程序。爬虫的过程为：从Redis数据仓库中取出URL，利用HttpClient进行下载，下载后的页面内容，我们使用HtmlCleaner和xPath进行页面解析，这时，我们解析的页面可能是商品的列表页面，也有可能是商品的详细页面。如果是商品列表页面，则需要解析出页面中的商品详细页面的URL，并放入Redis数据仓库，进行后期解析；如果是商品的详细页面，则存入我们的MySQL数据。具体的架构图如下：

　　　　当核心程序爬虫编写完后，为了加快页面抓取效率，我们需要对爬虫进行改进：一是对爬虫程序进行多线程改造；二是将爬虫部署到多台服务器，进一步加快爬虫的抓取效率。在实际生产环境中，由于刀片服务器的稳定性不太好，所以可能导致一些问题，例如：爬虫进程挂掉，这些问题有可能是经常出现的，所以我们需要对其进行监控，一旦发现爬虫进程挂了，立即启动脚本对爬虫进程进行重新启动，保证我们整个爬虫核心的持续性作业。这是就用到了我们的分布式协调服务ZooKeeper。我们可以另外写一个监控进程的程序用来实时监控爬虫的运行情况，原理是：爬虫在启动时，在ZooKeeper服务中注册一个自己的临时目录，监控程序利用ZooKeeper监控爬虫所注册的临时目录，利用ZooKeeper的性质——如果注册临时目录的程序挂掉后，这个临时目录过一会儿也会消失，利用这个性质，我们的监控程序监控爬虫所注册的临时目录，一旦发现临时目录消失，则说明改服务器上的爬虫进程已挂，于是我们需要启动脚本重新启动爬虫进程。随后我们将抓取得到的商品详细信息存储到我们的分布式MySQL数据库中。以下是整个爬虫项目的架构图：

 

　　　　接下来，我们将重点分析爬虫架构中的各个部分。

　　　　五、Redis数据库——临时存储待抓取的URL。

　　　　　　Redis数据库是一个基于内存的Key-Value非关系型数据库。由于其读写速度极快，收到了人们的热捧（每秒10W左右的读写速度）。选用Redis数据库作临时数据存储正是基于此。为了使我们的爬虫优先抓取商品列表页面，我们在Redis中定义了两个队列（利用Redis的list的lpop和rpush模拟），分别是高优先级队列和低优先级队列，我们再高优先级队列中存储了商品列表页面，在低优先级队列存储了商品详细页面。这样我们就可以保证爬虫再进行抓取数据的时候，优先从高优先级队列取数据，从而使得爬虫优先抓取商品列表页面。为了很好地利用Redis数据库，我们编写了一个对于Redis的操作工具类。

package cn.mrchor.spider.utils;

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

public class JedisUtils {
    
    public static String highKey = "jd_high_key";
    public static String lowKey = "jd_low_key";
    
    private JedisPool jedisPool = null;
    /**
     * 构造函数初始化jedis数据库连接池
     */
    public JedisUtils() {
        JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
        jedisPoolConfig.setMaxIdle(10);
        jedisPoolConfig.setMaxTotal(100);
        jedisPoolConfig.setMaxWaitMillis(10000);
        jedisPoolConfig.setTestOnBorrow(true);
        jedisPool = new JedisPool("192.168.52.128", 6379);
    }
    /**
     * 获取jedis对象操作jedis数据库
     * @return
     */
    public Jedis getJedis() {
        return this.jedisPool.getResource();
    }
    
    /**
     * 往list添加数据
     */
    public void addUrl(String key, String url) {
        Jedis jedis = jedisPool.getResource();
        jedis.lpush(key, url);
        jedisPool.returnResourceObject(jedis);
    }
    
    /**
     * 从list中取数据
     */
    public String getUrl(String key) {
        Jedis jedis = jedisPool.getResource();
        String url = jedis.rpop(key);
        jedisPool.returnResourceObject(jedis);
        return url;
    }
}

　　　　六、HttpClient——使用IP代理抓取数据

　　　　　　为防止爬虫在频繁访问电商页面的行为被对方程序发现，爬虫程序一般在进行抓取数据的时候都是利用代理IP来抓取，以减少爬虫被电商发现的概率。我们可以使用一些网上的免费IP代理，如西刺代理，也可以花钱买一些IP进行代理下载电商页面。在使用代理进行页面下载时，可能出现连接超时，但这有可能是网络波动导致，也可能是代理IP失效。为了防止出现误判，我们在此做了三次尝试连接的机制代码，如果三次尝试失败，则认为这个IP失效。

　　　　七、HtmlCleaner&xPath——对下载过来的页面进行解析

　　　　　　解析页面是比较繁琐的任务，我们首先要确定需要解析的对象，然后再利用浏览器提供的xPath工具，copy xpath，然后再根据这个xpath解析出需要的东西。下图是我们解析商品价格用到的xpath（值为：/html/body/div[5]/div/div[2]/div[3]/div/div[1]/div[2]/span/span[2]），具体的解析代码附在图后：

 

package cn.mrchor.spider.process;

import org.htmlcleaner.HtmlCleaner;
import org.htmlcleaner.TagNode;
import org.htmlcleaner.XPatherException;
import org.json.JSONArray;
import org.json.JSONObject;

import cn.mrchor.spider.domain.Page;
import cn.mrchor.spider.download.HttpClientDownloadModeImpl;
import cn.mrchor.spider.utils.HtmlUtils;
import cn.mrchor.spider.utils.PageUtils;

public class HttpCleanerProcessModeImpl implements ProcessMode {

    @Override
    public void process(Page page) {
        // 创建htmlcleaner对象
        HtmlCleaner htmlCleaner = new HtmlCleaner();
        // 使用htmlcleaner对象操作页面内容content，得到tagNode对象
        TagNode tagNode = htmlCleaner.clean(page.getContent());
        if (page.getUrl().startsWith("http://list.jd.com/list.html")) {
            // 商品列表页面解析
            try {
                // 解析商品列表页面的url //*[@id="plist"]/ul/li[1]/div/div[4]/a
                Object[] goodsList = tagNode.evaluateXPath("//*[@id=\\"plist\\"]/ul/li/div/div[4]/a");
                for (Object object : goodsList) {
                    TagNode goodsUrl = (TagNode) object;
                    System.err.println("http:" + goodsUrl.getAttributeByName("href"));
                    page.addUrl("http:" + goodsUrl.getAttributeByName("href"));
                }
                // 解析商品列表页面中下一页的url
                Object[] nextPage = tagNode.evaluateXPath("//*[@id=\\"J_topPage\\"]/a[2]");
                for (Object object : nextPage) {
                    TagNode nextUrl = (TagNode) object;
                    if (!nextUrl.getAttributeByName("href").contains("javascript:;")) {
                        page.addUrl("http://list.jd.com" + nextUrl.getAttributeByName("href"));
                        // System.err.println("http://list.jd.com" +
                        // nextUrl.getAttributeByName("href"));
                    }
                }
            } catch (XPatherException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } else if (page.getUrl().startsWith("http://item.jd.com/")) {
            // 商品详细信息的页面解析
            GoodsInfoProcess.goodsInfoProcess(tagNode, page);
        }
    }
}

　　　　八、MySQL数据库——存储商品详细信息

　　　　在操作MySQL数据库这一块，我们也是写了一个数据库操作工具类，使用了Apache数据库连接池DBCP，这个算是比较简单的，配置了DBCP的配置文件后就可以很好地使用了：

package cn.mrchor.spider.utils;

import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;

import com.mchange.v2.c3p0.ComboPooledDataSource;

public class MySqlConnectionTool {
    
    public static Connection getConnection(String database) {
        ComboPooledDataSource comboPooledDataSource = new ComboPooledDataSource(database);
        Connection connection = null;
        try {
            connection = comboPooledDataSource.getConnection();
        } catch (SQLException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return connection;
    }
    public static Connection getConnection() {
        ComboPooledDataSource comboPooledDataSource = new ComboPooledDataSource();
        Connection connection = null;
        try {
            connection = comboPooledDataSource.getConnection();
        } catch (SQLException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return connection;
    }
}

　　　　九、ZooKeeper服务——监控爬虫集群进程的运行情况