magic-Dependency/webmagic manual.md

webmagic使用手册

webmagic是一个开源的Java垂直爬虫框架，目标是简化爬虫的开发流程，让开发者专注于逻辑功能的开发。webmagic的核心非常简单，但是覆盖爬虫的整个流程，也是很好的学习爬虫开发的材料。

web爬虫是一种技术，webmagic致力于将这种技术的实现成本降低，但是出于对资源提供者的尊重，webmagic不会做反封锁的事情，包括：验证码破解、代理切换、自动登录、抓取静态资源等。

作者黄亿华(code4crafter@gmail.com)目前就职于大众点评，曾经在前公司进行过一年的垂直爬虫的开发。webmagic就是为了解决爬虫开发的一些重复劳动而产生的框架。有使用不便或者问题，欢迎在github提交issue，或者在oschina讨论模块提问。

webmagic的架构和设计参考了以下两个项目，感谢以下两个项目的作者：

python爬虫 scrapy https://github.com/scrapy/scrapy

Java爬虫 Spiderman https://gitcafe.com/laiweiwei/Spiderman

---

快速开始

使用maven

webmagic使用maven管理依赖，你可以直接下载webmagic源码进行编译：

git clone https://github.com/code4craft/webmagic.git
mvn clean install

安装后，在项目中添加对应的依赖即可使用webmagic：

	<dependency>
        <groupId>us.codecraft</groupId>
        <artifactId>webmagic-core</artifactId>
        <version>0.2.0</version>
    </dependency>
	<dependency>
        <groupId>us.codecraft</groupId>
        <artifactId>webmagic-extension</artifactId>
        <version>0.2.0</version>
    </dependency>

项目结构

webmagic主要包括两个包：

• webmagic-core

  webmagic核心部分，只包含爬虫基本模块和基本抽取器。webmagic-core的目标是成为网页爬虫的一个教科书般的实现。

• webmagic-extension

  webmagic的扩展模块，提供一些更方便的编写爬虫的工具。包括注解格式定义爬虫、JSON、分布式等支持。

webmagic还包含两个可用的扩展包，因为这两个包都依赖了比较重量级的工具，所以从主要包中抽离出来：

• webmagic-saxon

  webmagic与Saxon结合的模块。Saxon是一个XPath、XSLT的解析工具，webmagic依赖Saxon来进行XPath2.0语法解析支持。

• webmagic-selenium

  webmagic与Selenium结合的模块。Selenium是一个模拟浏览器进行页面渲染的工具，webmagic依赖Selenium进行动态页面的抓取。

在项目中，你可以根据需要依赖不同的包。

不使用maven

不使用maven的用户，可以下载这个二进制打包版本(感谢oschina)：

git clone http://git.oschina.net/flashsword20/webmagic-bin.git

在bin/lib目录下，有项目依赖的所有jar包，直接在IDE里import即可。

第一个爬虫

定制PageProcessor

PageProcessor是webmagic-core的一部分，定制一个PageProcessor即可实现自己的爬虫逻辑。以下是抓取osc博客的一段代码：

public class OschinaBlogPageProcesser implements PageProcessor {

    private Site site = Site.me().setDomain("my.oschina.net")
       .addStartUrl("http://my.oschina.net/flashsword/blog");

    @Override
    public void process(Page page) {
        List<String> links = page.getHtml().links().regex("http://my\\.oschina\\.net/flashsword/blog/\\d+").all();
        page.addTargetRequests(links);
        page.putField("title", page.getHtml().xpath("//div[@class='BlogEntity']/div[@class='BlogTitle']/h1").toString());
        page.putField("content", page.getHtml().$("div.content").toString());
        page.putField("tags",page.getHtml().xpath("//div[@class='BlogTags']/a/text()").all());
    }

    @Override
    public Site getSite() {
        return site;

    }

    public static void main(String[] args) {
        Spider.create(new OschinaBlogPageProcesser())
             .pipeline(new ConsolePipeline()).run();
    }
}

这里通过page.addTargetRequests()方法来增加要抓取的URL，并通过page.putField()来保存抽取结果。page.getHtml().xpath()则是按照某个规则对结果进行抽取，这里抽取支持链式调用。调用结束后，toString()表示转化为单个String，all()则转化为一个String列表。

Spider是爬虫的入口类。Pipeline是结果输出和持久化的接口，这里ConsolePipeline表示结果输出到控制台。

执行这个main方法，即可在控制台看到抓取结果。webmagic默认有3秒抓取间隔，请耐心等待。

使用注解

webmagic-extension包括了注解方式编写爬虫的方法，只需基于一个POJO增加注解即可完成一个爬虫。以下仍然是抓取oschina博客的一段代码，功能与OschinaBlogPageProcesser完全相同：

@TargetUrl("http://my.oschina.net/flashsword/blog/\\d+")
public class OschinaBlog {

    @ExtractBy("//title")
    private String title;

    @ExtractBy(value = "div.BlogContent",type = ExtractBy.Type.Css)
    private String content;

    @ExtractBy(value = "//div[@class='BlogTags']/a/text()", multi = true)
    private List<String> tags;

    public static void main(String[] args) {
        OOSpider.create(
        	Site.me().addStartUrl("http://my.oschina.net/flashsword/blog"),
			new ConsolePageModelPipeline(), OschinaBlog.class).run();
    }
}

这个例子定义了一个Model类，Model类的字段'title'、'content'、'tags'均为要抽取的属性。这个类在Pipeline里是可以复用的。

关于注解的使用方式，在后面会专门讲到。

---

核心架构解析

webmagic-core是爬虫的核心框架，只包括一个爬虫各功能模块的核心功能。webmagic-core的目标是成为网页爬虫的一个教科书般的实现。

此节部分内容摘自作者的博文 webmagic的设计机制及原理-如何开发一个Java爬虫。

webmagic-core的模块划分

webmagic-core参考了scrapy的模块划分，分为Spider(整个爬虫的调度框架)、Downloader(页面下载)、PageProcessor(链接提取和页面分析)、Scheduler(URL管理)、Pipeline(离线分析和持久化)几部分。只不过scrapy通过middleware实现扩展，而webmagic则通过定义这几个接口，并将其不同的实现注入主框架类Spider来实现扩展。

Spider类(核心调度)

Spider是爬虫的入口类，Spider的接口调用采用了链式的API设计，其他功能全部通过接口注入Spider实现，下面是启动一个比较复杂的Spider的例子。

<!-- lang: java -->
Spider.create(sinaBlogProcessor)
.scheduler(new FileCacheQueueScheduler("/data/temp/webmagic/cache/"))
.pipeline(new FilePipeline())
.thread(10).run();	

Spider的核心处理流程非常简单，代码如下：

<!-- lang: java -->
private void processRequest(Request request) {
    Page page = downloader.download(request, this);
    if (page == null) {
        sleep(site.getSleepTime());
        return;
    }
    pageProcessor.process(page);
    addRequest(page);
    for (Pipeline pipeline : pipelines) {
        pipeline.process(page, this);
    }
    sleep(site.getSleepTime());
}

Downloader(页面下载)

大部分爬虫都是通过模拟http请求，接收并分析响应来完成。这方面，JDK自带的HttpURLConnection可以满足最简单的需要，而Apache HttpClient(4.0后整合到HttpCompenent项目中)则是开发复杂爬虫的不二之选。它支持自定义HTTP头(对于爬虫比较有用的就是User-agent、cookie等)、自动redirect、连接复用、cookie保留、设置代理等诸多强大的功能。

webmagic使用了HttpClient 4.2，并封装到了HttpClientDownloader。学习HttpClient的使用对于构建高性能爬虫是非常有帮助的，官方的Tutorial就是很好的学习资料。目前webmagic对HttpClient的使用仍在初步阶段，不过对于一般抓取任务，已经够用了。

对于一些Javascript动态加载的网页，仅仅使用http模拟下载工具，并不能取到页面的内容。这方面的思路有两种：一种是抽丝剥茧，分析js的逻辑，再用爬虫去重现它(比如在网页中提取关键数据，再用这些数据去构造Ajax请求，最后直接从响应体获取想要的数据)； 另一种就是：内置一个浏览器，直接获取最后加载完的页面。这方面，js可以使用PhantomJS，它内部集成了webkit。而Java可以使用Selenium，这是一个非常强大的浏览器模拟工具。webmagic-selenium包中整合了Selenium到SeleniumDownloader，可以直接进行动态加载页面的抓取。

PageProcessor(页面分析及链接抽取)

页面分析可以说是垂直爬虫最复杂的一部分，在webmagic里，PageProcessor是定制爬虫的核心。通过编写一个实现PageProcessor接口的类，就可以定制一个自己的爬虫。

Selector是webmagic为了简化页面抽取开发的独立模块，是webmagic的主要着力点。这里整合了CSS Selector、XPath和正则表达式，并可以进行链式的抽取，很容易就实现强大的功能。即使你使用自己开发的爬虫工具，webmagic的Selector仍然值得一试。

例如，我已经下载了一个页面，现在要抽取某个区域的所有包含"blog"的链接，我可以这样写：

<!-- lang: java -->
//content是用别的爬虫工具抽取到的正文
String content = "blabla";
List<String> links = Html.create(content)
.$("div.title")  //css 选择，Java里虽然很少有$符号出现，不过貌似$作为方法名是合法的
.xpath("//@href")  //提取链接
.regex(".*blog.*") //正则匹配过滤
.all(); //转换为string列表

另外，webmagic的抓取链接需要显示的调用Page.addTargetRequests()去添加，这也是为了灵活性考虑的(很多时候，下一步的URL不是单纯的页面href链接，可能会根据页面模块进行抽取，甚至可能是自己拼凑出来的)。

webmagic包括一个对于页面正文的自动抽取的功能SmartContentSelector。相信用过Evernote Clearly都会对其自动抽取正文的技术印象深刻。这个技术又叫Readability。当然webmagic对Readability的实现还比较粗略，但是仍有一些学习价值。

基于Saxon，webmagic提供了XPath2.0语法的支持。XPath2.0语法支持内部函数、逻辑控制等，是一门完整的语言，如果你熟悉语法，倒是不妨一试(需要引入webmagic-saxon包)。

Scheduler(URL管理)

URL管理的问题可大可小。对于小规模的抓取，URL管理是很简单的。我们只需要将待抓取URL和未抓取URL分开保存，并进行去重即可。使用JDK内置的集合类型Set、List或者Queue都可以满足需要。如果我们要进行多线程抓取，则可以选择线程安全的容器，例如LinkedBlockingQueue以及ConcurrentHashMap。

因为小规模的URL管理非常简单，很多框架都并不将其抽象为一个模块，而是直接融入到代码中。但是实际上，抽象出Scheduler模块，会使得框架的解耦程度上升一个档次，并非常容易进行横向扩展，这也是我从scrapy中学到的。

在webmagic的设计中，除了Scheduler模块，其他的处理-从下载、解析到持久化，每个任务都是互相独立的，因此可以通过多个Spider共用一个Scheduler来进行扩展。排除去重的因素，URL管理天生就是一个队列，我们可以很方便的用分布式的队列工具去扩展它，也可以基于mysql、redis或者mongodb这样的存储工具来构造一个队列，这样构建一个多线程乃至分布式的爬虫就轻而易举了。

URL去重也是一个比较复杂的问题。如果数据量较少，则使用hash的方式就能很好解决。数据量较大的情况下，可以使用Bloom Filter或者更复杂的方式。

webmagic目前有两个Scheduler的实现，QueueScheduler是一个简单的内存队列，速度较快，并且是线程安全的，FileCacheQueueScheduler则是一个文件队列，它可以用于耗时较长的下载任务，在任务中途停止后，下次执行仍然从中止的URL开始继续爬取。

webmagic有一个基于redis的Scheduler实现RedisScheduler。通过使用同一台redis服务器存储URL，webmagic可以很容易的在多机部署，从而达到分布式爬虫的效果。

Pipeline-离线处理和持久化

Pipeline其实也是容易被忽略的一部分。大家都知道持久化的重要性，但是很多框架都选择直接在页面抽取的时候将持久化一起完成，例如crawer4j。但是Pipeline真正的好处是，将页面的在线分析和离线处理拆分开来，可以在一些线程里进行下载，另一些线程里进行处理和持久化。

你可以扩展Pipeline来实现抽取结果的持久化，将其保存到你想要保存的地方-本地文件、数据库、mongodb等等。Pipeline的处理目前还是在线的，但是修改为离线的也并不困难。

webmagic目前只支持控制台输出和文件持久化，但是持久化到数据库也是很容易的。这里不妨看一下webmagic结合JFinal持久化到数据库的一段代码。因为JFinal目前还不支持maven，所以并没有放到webmagic-samples里来。

---

注解模块

webmagic-extension包括注解模块。为什么会有注解方式？

因为PageProcessor的方式灵活、强大，但是没有解决两个问题：

• 对于一个站点，如果想抓取多种格式的URL，那么必须在PageProcesser中写判断逻辑，代码难以管理。
• 抓取结果没有对应Model，并不符合Java程序开发习惯，与一些框架也无法很好整合。

注解的核心是Model类，本身是一个POJO，这个Model类用于传递、保存页面最终抓取结果数据。注解方式直接将抽取与数据绑定，以便于编写和维护。

注解方式其实也是通过一个PageProcessor的实现--ModelPageProcessor完成，因此对webmagic-core代码没有任何影响。

注解部分包括以下内容：

• TargetUrl

  "TargetUrl"表示这个Model对应要抓取的URL，它包含两层意思：符合这个条件的URL会被加入抓取队列；符合这个条件的URL会被这个Model抓取。TargetUrl可以sourceRegion指定提取URL的区域(仅支持XPath)。

  TargetUrl使用了正则表达式，匹配 "http://my.oschina.net/flashsword/blog/150039" 格式的URL。webmagic对正则表达式进行了修改，"."仅表示字符"."而不代表任意字符，而"*"则代表了".*"，例如"http://*.oschina.net/*"代表了oschina所有的二级域名下的URL。

  与TargetUrl相似的还有HelpUrl，HelpUrl表示：仅仅抓取该URL用作链接提取，并不对它进行内容抽取。例如博客正文页对应TargetUrl，而列表页则对应HelpUrl。

• ExtractBy

  • 用于字段

    "ExtractBy"可用于类以及字段。用于字段时，定义了字段抽取的规则。抽取的规则默认使用XPath，也可以选择使用CSS Selector、正则表达式(通过设置type)。

    ExtractBy还有几个扩展属性。multi表示是否抽取列表，当然，设置为multi时，你需要一个List字段去容纳它。notnull则表示，此字段不允许为null，若为null则放弃整个对象。

  • 用于类

    "ExtractBy"用于类时，则限定了字段抽取的区域。用于类时仍支持multi，multi则表示一个页面可以抽取到多个对象。

  • ExtractByRaw & ExtractByUrl

    在类使用"ExtractBy"修饰后，字段的"ExtractBy"使用的是其抽取的结果，如果仍然想要抽取原HTML，可以使用"ExtractByRaw"。与此类似的还有"ExtractByUrl"，表示从URL重抽取信息。ExtractByUrl只支持正则表达式。

  • ExtractBy2 ExtractBy3

    "ExtractBy"、"ExtractByRaw"支持链式抽取，通过增加注解"ExtractBy2"、"ExtractBy3"实现。

• AfterExtractor

  AfterExtractor接口是对注解方式抽取能力不足的补充。实现AfterExtractor接口后，会在使用注解方式填充完字段后调用afterProcess()方法，在这个方法中可以直接访问已抽取的字段、补充需要抽取的字段，甚至做一些简单的输出和持久化操作(并不是很建议这么做)。这部分可以参考webmagic结合JFinal持久化到数据库的一段代码。

• OOSpider

  OOSpider是注解式爬虫的入口，这里调用create()方法将OschinaBlog这个类加入到爬虫的抽取中，这里是可以传入多个类的，OOSpider会根据TargetUrl调用不同的Model进行解析。

• PageModelPipeline

  可以通过定义PageModelPipeline来选择结果输出方式。这里new ConsolePageModelPipeline()是PageModelPipeline的一个实现，会将结果输出到控制台。

• 分页

  处理单项数据分页(例如单条新闻多个页面)是爬虫一个比较头疼的问题。webmagic有一个对于分页的实现，通过实现PagedModel接口即可。webmagic-samples里有一个抓取网易新闻的类：us.codecraft.webmagic.model.samples.News163。关于分页，这里有一篇对于webmagic分页实现的详细说明的文章关于爬虫实现分页的一些思考。 目前分页功能还没有分布式实现。

---

分布式

webmagic-extension中，通过redis来管理URL，达到分布式的效果。具体实现方式只有一个类：`us.codecraft.webmagic.scheduler.RedisScheduler`。