webmagic源码浅析-轻识

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作者 | 梦想家haima

来源 | urlify.cn/imyqMb

webmagic简介

webmagic可以说是中国传播度最广的Java爬虫框架，https://github.com/code4craft/webmagic，阅读相关源码，获益良多。阅读作者博客【代码工匠】，能够领略到一个IT工作者的工匠精神，希望以后成为他这样的开源贡献者。Webmagic的文档也是写得非常漂亮，这里就不具体讲它的使用方法了，见官方文档

webmagic核心架构

webmagic帮我们做了几个核心的事情：
1.线程池封装，不用手动控制采集线程
2.url调度，实现了生产者消费者模型
3.封装下载器组件(downloader)，解析组件，持久化。见官方文档
4.支持注解

简单案例

借用一段官方案例，快速入门，便于后面的理解。开启一个爬虫，只需要简单几步，编写页面解析器，写具体的解析方法。新建Spider实例，添加至少一个种子URL，设置其他可选属性，最后调用run()方法，或者start()，start()方法内部会为spider单独开启一个线程，使得爬虫与主线程异步。

import us.codecraft.webmagic.Page;
import us.codecraft.webmagic.Site;
import us.codecraft.webmagic.Spider;
import us.codecraft.webmagic.processor.PageProcessor;
public class GithubRepoPageProcessor implements PageProcessor {
    private Site site = Site.me().setRetryTimes(3).setSleepTime(100);
    @Override
    public void process(Page page) {
        //将提取的url加入page对象暂存，最终会加入到
        page.addTargetRequests(page.getHtml().links().regex("(https://github\\.com/\\w+/\\w+)").all());
        page.putField("author", page.getUrl().regex("https://github\\.com/(\\w+)/.*").toString());
        page.putField("name", page.getHtml().xpath("//h1[@class='entry-title public']/strong/a/text()").toString());
        if (page.getResultItems().get("name")==null){
            //skip this page
            page.setSkip(true);
        }
        page.putField("readme", page.getHtml().xpath("//div[@id='readme']/tidyText()"));
    }
 
    @Override
    public Site getSite() {
        return site;
    }
    public static void main(String[] args) {
        //官方链式调用，拆解到下面方便理解
        //Spider.create(new GithubRepoPageProcessor()).addUrl("https://github.com/code4craft").thread(5).run();
        
        //创建线程
        Spider spider = Spider.create(new GithubRepoPageProcessor());
        //添加采集种子URL
        spider.addUrl("https://github.com/code4craft");
        //设置线程数
        spider.thread(5);
        //启动爬虫//run()方法既可以看作多线程中的Runnable接口方法，也可以直接运行，是爬虫的核心方法
        spider.run();
    }
}

Spider类属性

爬虫的核心是us.codecraft.webmagic.Spider类，看看Spider类中都有哪些重要属性
属性列表：

public class Spider implements Runnable, Task {
    //下载器对象
    protected Downloader downloader;
    //持久化统一处理器，可以有多个
    protected List pipelines = new ArrayList();
    //页面解析器
    protected PageProcessor pageProcessor;
    //种子请求（这个地方看着种子请求也不是很对，因为spider对象在没开始运行时，仍然可以使用addRequest，addUrl添加url   ）
    protected List startRequests;
    //浏览器信息对象
    protected Site site;
    //爬虫任务标识
    protected String uuid;
     //任务调度器，默认是JDK中的LinkedBlockingQueue的实现
    protected Scheduler scheduler = new QueueScheduler();
 
    protected Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());
     //线程池（自己封装的一个模型，内部的execute方法实际是executorService的execute实现添加线程的作用）
    protected CountableThreadPool threadPool;
     //执行管理器对象（和线程池配合使用）
    protected ExecutorService executorService;
    //线程数，控制采集并发
    protected int threadNum = 1;
    //爬虫任务运行状态
    protected AtomicInteger stat = new AtomicInteger(STAT_INIT);
   //是否采集完成退出
    protected boolean exitWhenComplete = true;
 
    protected final static int STAT_INIT = 0;
 
    protected final static int STAT_RUNNING = 1;
 
    protected final static int STAT_STOPPED = 2;
 
    //是否回流url,spawn产卵的意思。个人觉得这个参数很多余，不想采集继续下去，可以别把url加入队列
    protected boolean spawnUrl = true;
    //退出时是否回收处理
    protected boolean destroyWhenExit = true;
 
    //控制新生成url锁
    private ReentrantLock newUrlLock = new ReentrantLock();
   //控制新生成url锁，配合newUrlLock 使用
    private Condition newUrlCondition = newUrlLock.newCondition();
     //监听器集合，请求爬去成功或者失败时，可以通过注入监听器分别实现onSuccess和onError方法
    private List spiderListeners;
     //采集页面数统计（只代表请求的次数，不代表成功抓取数）
    private final AtomicLong pageCount = new AtomicLong(0);
     //爬取开始时间
    private Date startTime;
     //调度器队列中的URL已经被消费光，且采集线程未执行完成，仍然可能生产URL到调度器队列中时，线程最多wait 30秒
    private int emptySleepTime = 30000;

threadNum 这里Spider本身实现了Runnable接口，可以作为一个独立的线程开启，当然它的线程控制不仅于此，这里有一个属性threadNum才是控制采集线程数的，后面再细说。
scheduler 对象做为调度器，内部采用队列维护了一个实现生产者消费者模型，爬取的过程中，可以将采集的url提取到scheduler的队列中，线程会持续不断的消费scheduler 的队列中消费。
pageProcessor 用于用户自定义页面解析规则，定义具体的解析逻辑，新建Spider实例的方式仅两种，public static Spider create(PageProcessor pageProcessor)和构造方法public Spider(PageProcessor pageProcessor)create方法内部只是调用了一下构造方法。构造一个spider对象都需要一个自定义的解析器，不同页面，解析逻辑不相同，PageProcessor接口中。spider会调用PageProcessor的process方法，这是一个策略设计模式。
uuid 这个名字可能让人误会，和平时uuid不是一个含义，这个属性是一个爬虫进程的唯一标识
其他属性比较重要的属性还包括threadPool,executorService，控制多线程并发，浏览器对象site，对于有些反爬策略的网站，该对象可以用于模拟浏览器，达到反反爬虫的作用。

Spider核心方法run()

@Override
    public void run() {
        checkRunningStat();//检查爬虫运行状态，防止run方法被调用多次
        initComponent();//初始化
        logger.info("Spider {} started!",getUUID());
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted() && stat.get() == STAT_RUNNING) {
            //循环消费Request，url在放入scheduler时，已经封装为Request对象了
            final Request request = scheduler.poll(this);
            if (request == null) {
                if (threadPool.getThreadAlive() == 0 && exitWhenComplete) {
                    //threadPool.getThreadAlive()线程池中仍然还有存活线程，那么存活线程可能会生产出新的url来
                    //exitWhenComplete默认为true，
                    //exitWhenComplete如果为false，线程等待新URL，
                    //如果队列(自定义队列)能实现动态添加url，那就可以实现动态添加采集任务的功能
                    break;
                }
                // wait until new url added 
                //等待存活的线程生产新的url
                waitNewUrl();
            } else {
                //将request封装为线程，加入线程队列，线程池会根据设置的并行参数threadNum，并行执行
                threadPool.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            processRequest(request);//执行请求
                            onSuccess(request);//调用执行成功的方法
                        } catch (Exception e) {
                            onError(request);
                            logger.error("process request " + request + " error", e);
                        } finally {
                            pageCount.incrementAndGet();
                            signalNewUrl();
                        }
                    }
                });
            }
        }
        stat.set(STAT_STOPPED);
        // release some resources
        if (destroyWhenExit) {
            close();
        }
        logger.info("Spider {} closed! {} pages downloaded.", getUUID(), pageCount.get());
    }

核心方法的流程还是比较简答的，checkRunningStat()会先检查一下爬虫是否已经启动，这有点儿像多线程中的开启线程的start()方法，两次开启是不允许的。
然后初始化方法initComponent()各种组件，在initComponent()方法中，加入startRequests中的Request，实际上在Spider启动之前可以调用addUrl(String... urls)和addRequest(Request... requests)方法直接将请求加入到队列中，startRequests和后面那种添加url的方法缺少了一定的一致性。

后面一个循环消费的过程，正如我注释里写的那样，如果队列中url被消费完毕，且没有正在被消费的存活的线程了，且完成采集退出属性exitWhenComplete为true(exitWhenComplete默认为true，设置为false则进程将会一直挂起)，就会跳出死循环，采集结束，反之，如果依然有线程存活，或者exitWhenComplete为false，那么线程waitNewUrl()等待，在exitWhenComplete为false的情况，进程就不会自动停止了，除非强杀了，这种设计在分布式的模式下才显得有意义，可以动态添加url到队列中去。

private void waitNewUrl() {
        newUrlLock.lock();
        try {
            // double check 
            if (threadPool.getThreadAlive() == 0 && exitWhenComplete) {
                return;
            }
            //默认是30秒后自动苏醒，可以通过设置emptySleepTime属性，控制自动苏醒的时间
            newUrlCondition.await(emptySleepTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            logger.warn("waitNewUrl - interrupted, error {}", e);
        } finally {
            newUrlLock.unlock();
        }
    }

后面使用threadPool执行一个新的子线程。new Runnable构造的匿名内部类会通过threadPool开启一个新的子线程，执行请求processRequest(request)，执行成功就调用onSuccess(request)，失败就调用onError(request)，接着finally代码块中的内容是非常重要的，统计请求的页面次数（无论失败或者成功）,signalNewUrl()唤醒等待的线程，这里要和前面waitNewUrl()结合起来看，两者使用同一个锁，waitNewUrl()作为父线程，默认会自动苏醒，但调用signalNewUrl()的用意在于，可能这个子线程已经又生成新的URL放到队列中了，就不用再等30秒了。

private void signalNewUrl() {
        try {
            newUrlLock.lock();
            newUrlCondition.signalAll();
        } finally {
            newUrlLock.unlock();
        }
    }

后面的代码则是爬虫结束的操作，这种情况只有前文提到的跳出死循环，采集结束，结束前设置了一下状态，做了一下close()操作

调度器Scheduler

调度器在webmagic中扮演的角色是非常重要的，说来功能也不算太复杂，实现生产者-消费者模式，顺便去重。scheduler默认为QueueScheduler ，在scheduler声明的时候就直接新建了这个实例

public class QueueScheduler extends DuplicateRemovedScheduler implements MonitorableScheduler {
 
    //LinkedBlockingQueue队列存url
    private BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue();
 
    @Override    覆盖父类DuplicateRemovedScheduler 的方法
    public void pushWhenNoDuplicate(Request request, Task task) {
        queue.add(request);
    }
 
    @Override   实现DuplicateRemovedScheduler 不完全实现Scheduler的poll方法
    public Request poll(Task task) {
        return queue.poll();
    }
 
    @Override     //实现MonitorableScheduler 的方法
    public int getLeftRequestsCount(Task task) {
        return queue.size();
    }
 
    @Override    //实现MonitorableScheduler 的方法
    public int getTotalRequestsCount(Task task) {
        return getDuplicateRemover().getTotalRequestsCount(task);
    }
}

以上代码，可以看到QueueScheduler的构成，QueueScheduler继承了抽象类DuplicateRemovedScheduler 实现了接口MonitorableScheduler 接口，DuplicateRemovedScheduler 又实现了Scheduler，DuplicateRemovedScheduler 为抽象类，仅仅实现了push逻辑（生产者），而poll是QueueScheduler自己实现的(消费者)。push()方法使用去重器，判断该请求有没有被采集过。这里要注意，默认Post请求是不去重的，能直接打开的请求都是get的?，官方文档也有特别说明

//DuplicateRemovedScheduler  源码
private DuplicateRemover duplicatedRemover = new HashSetDuplicateRemover();
@Override
    public void push(Request request, Task task) {
        logger.trace("get a candidate url {}", request.getUrl());
        //duplicatedRemover.isDuplicate(request, task) 检查是否采集过
        if (shouldReserved(request) || noNeedToRemoveDuplicate(request) || !duplicatedRemover.isDuplicate(request, task)) {
            logger.debug("push to queue {}", request.getUrl());
            pushWhenNoDuplicate(request, task);
        }
    }

//是否需要去重，POST请求则不需要去重
 protected boolean noNeedToRemoveDuplicate(Request request) {
        return HttpConstant.Method.POST.equalsIgnoreCase(request.getMethod());
  }

public class HashSetDuplicateRemover implements DuplicateRemover {
 
    private Set urls = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap());
 
    @Override
    public boolean isDuplicate(Request request, Task task) {
        //add成功，说明没有添加过这条请求，返回true
        return !urls.add(getUrl(request));
    }
 
    protected String getUrl(Request request) {
        return request.getUrl();
    }
 
    @Override
    public void resetDuplicateCheck(Task task) {
        urls.clear();
    }
 
    @Override
    public int getTotalRequestsCount(Task task) {
        return urls.size();
    }
}

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