Python从入门到精通day59

网络数据采集概述

爬虫（Crawler）也常被称作网络蜘蛛（Spider），是一类按照预设规则，自动访问网络站点并提取目标数据的自动化程序或脚本代码，目前被广泛应用于互联网搜索引擎与各类数据采集场景中。我们日常使用网页时，除了直观可见的文本内容，页面中还包含大量超链接，网络爬虫正是依托这些超链接，不断获取新的网页地址，进而持续完成全网数据采集工作。也正是因为这种遍历式的采集逻辑，如同爬虫、蜘蛛在网络空间中漫游，这类程序也被赋予了形象化的别称。

爬虫的应用领域

理想状态下，各类互联网内容提供商（ICP）都应开放专属API接口，对外共享允许获取的公开数据，这种场景下无需使用爬虫程序。国内头部电商平台（淘宝、京东等）、主流社交平台（微博、微信等）均提供了官方API接口，但这类接口往往会对抓取数据范围、请求频率做出严格限制。对绝大多数企业而言，实时获取行业数据、竞品数据是维持市场竞争力的核心环节，而自主数据积累又是多数企业的短板，这种情况下，通过合规爬虫获取公开数据，并从中挖掘商业价值信息，就成为了企业补齐数据短板的重要途径。

爬虫的实际应用场景十分广泛，以下为几类核心应用方向，感兴趣的读者可进一步深入探究：

1. 搜索引擎

2. 新闻聚合

3. 社交应用

4. 舆情监控

5. 行业数据采集

爬虫合法性探讨

坊间常流传"爬虫写得好，牢饭吃到饱"的说法，那么开发、使用爬虫程序究竟是否涉及违法？我们可以从以下几个维度客观解读：

1. 网络爬虫领域仍处于规范逐步完善阶段，目前行业内已通过Robots协议（网络爬虫排除标准）形成了基础的行业自律规范，但对应的法律法规仍在持续建立与完善中，该领域现阶段仍属于法律监管的灰色地带。

2. 遵循"法不禁止即为许可"的原则，若爬虫仅获取网页前端展示的公开信息，而非后台私密敏感数据，且未触碰法律禁止条款，无需过度担忧法律风险；毕竟当前大数据产业发展速度，远超相关法律法规的完善速度。

3. 执行数据爬取时，需严格遵守目标站点Robots协议，同时合理控制爬虫请求频率，避免对站点服务器造成压力；使用采集数据时，必须尊重平台知识产权，Web 2.0时代下，即便内容由用户生成，平台也投入了大量运营成本，且用户注册发布内容时，平台通常已获取数据所有权、使用权与分发权，违反相关规则极易产生法律纠纷且败诉风险极高。

4. 编写爬虫程序时，做好身份隐匿是必要操作，同时要杜绝一切可能破坏对方服务器等动产的行为，避免被举证追责。

5. 切勿在GitHub、Gitee等公网代码托管平台开源、展示爬虫代码，这类行为极易给自己带来不必要的法律与安全麻烦。

Robots协议

绝大多数网站都会配置robots.txt文件，该协议属于行业君子协议，并非具备强制约束力的法律条款。我们以淘宝的robots.txt文件为例，直观解读站点对爬虫的限制规则。

User-agent: Baiduspider
Disallow: /

User-agent: baiduspider
Disallow: /

从上述配置可以看出，淘宝明确禁止百度爬虫抓取站内任何资源，这也是百度搜索"淘宝"时，结果页会提示"由于该网站的robots.txt文件存在限制指令（限制搜索引擎抓取），系统无法提供该页面的内容描述"的原因。百度作为主流搜索引擎，表面遵守了淘宝的Robots协议，因此用户无法通过百度检索到淘宝内部商品信息。

图1. 百度搜索淘宝的结果

以下是豆瓣网的robots.txt文件，大家可以自行解读，分析其对爬虫的具体限制：

User-agent: *
Disallow: /subject_search
Disallow: /amazon_search
Disallow: /search
Disallow: /group/search
Disallow: /event/search
Disallow: /celebrities/search
Disallow: /location/drama/search
Disallow: /forum/
Disallow: /new_subject
Disallow: /service/iframe
Disallow: /j/
Disallow: /link2/
Disallow: /recommend/
Disallow: /doubanapp/card
Disallow: /update/topic/
Disallow: /share/
Allow: /ads.txt
Sitemap: https://www.douban.com/sitemap_index.xml
Sitemap: https://www.douban.com/sitemap_updated_index.xml
# Crawl-delay: 5

User-agent: Wandoujia Spider
Disallow: /

User-agent: Mediapartners-Google
Disallow: /subject_search
Disallow: /amazon_search
Disallow: /search
Disallow: /group/search
Disallow: /event/search
Disallow: /celebrities/search
Disallow: /location/drama/search
Disallow: /j/

超文本传输协议（HTTP）

正式学习爬虫开发前，我们先回顾超文本传输协议（HTTP）相关知识，日常网页内容是浏览器解析HTML（超文本标记语言）生成的，而HTTP正是承载HTML数据传输的核心应用层协议。HTTP与多数应用层协议一致，构建于TCP（传输控制协议）之上，依托TCP可靠传输特性，实现Web应用间的数据高效交互。根据维基百科定义，HTTP最初设计目的，就是提供发布、接收HTML页面的标准方式，也是浏览器与Web服务器之间数据传输的核心载体。想要深入了解HTTP协议细节、发展历程，可阅读《HTTP 协议入门》《互联网协议入门》《图解 HTTPS 协议》等优质文章系统学习。

下图是使用开源协议分析工具Ethereal（WireShark前身），抓取的访问百度首页时的HTTP请求与响应报文，该工具可捕获网络适配器传输的全量数据，能清晰展示从物理链路层到应用层的完整协议数据。

图2. HTTP请求

HTTP请求主要由请求行、请求头、空行、消息体四部分组成，若无数据向服务器传输，消息体为非必需模块。请求行包含请求方法（GET、POST等）、资源路径、协议版本三类信息；请求头由多组键值对构成，记录浏览器信息、编码方式、语言偏好、缓存策略等参数；请求头末尾通过空行与消息体分隔。

图3. HTTP响应

HTTP响应主要由响应行、响应头、空行、消息体四部分组成，其中消息体是服务器返回的核心数据，格式可能为HTML页面、JSON数据、二进制文件等。响应行包含协议版本与响应状态码，常见状态码含义如下表所示。

相关工具

以下为几款爬虫开发必备辅助工具，熟练使用能大幅提升开发与调试效率：

1. Chrome Developer Tools：谷歌浏览器自带开发者工具，核心常用模块如下：

• 元素（Elements）：查看、修改HTML元素属性、CSS样式、绑定监听事件，支持CSS实时修改实时生效，便捷完成页面调试。

• 控制台（Console）：执行临时JavaScript代码、查看JS对象、输出调试日志与异常信息，是专属的JS代码交互式运行环境。

• 源代码（Sources）：查看页面HTML、JS、CSS源码，支持JS代码断点调试、单步执行，是前端与爬虫调试的核心模块。

• 网络（Network）：监控完整HTTP请求、响应报文，查看网络连接、请求参数、响应结果等全量信息。

• 应用（Application）：查看浏览器本地存储数据，包含Cookie、Local Storage、Session Storage等，也是爬虫模拟登录的核心调试模块。

2. Postman：功能全面的API调试与RESTful请求工具，可灵活模拟各类HTTP请求，自定义请求参数、请求头，直观查看服务器响应结果，是爬虫接口调试的利器。

3. HTTPie：轻量化命令行HTTP客户端，操作简洁、输出格式清晰，适合快速发起HTTP请求测试。

安装命令：pip install httpie使用示例：`http --header https://movie.douban.com/

HTTP/1.1 200 OK

Connection: keep-alive

Content-Encoding: gzip

Content-Type: text/html; charset=utf-8

Date: Tue, 24 Aug 2021 16:48:00 GMT

Keep-Alive: timeout=30

Server: dae

Set-Cookie: bid=58h4BdKC9lM; Expires=Wed, 24-Aug-22 16:48:00 GMT; Domain=.douban.com; Path=/

Strict-Transport-Security: max-age=15552000

Transfer-Encoding: chunked

X-Content-Type-Options: nosniff

X-DOUBAN-NEWBID: 58h4BdKC9lM`

4. builtwith库：Python第三方库，可快速识别目标网站所使用的技术栈，辅助爬虫针对性适配站点架构。

安装命令：pip install builtwith使用示例：`import ssl

import builtwith

ssl._create_default_https_context = ssl._create_unverified_context

print(builtwith.parse('http://www.bootcss.com/'))`

5. python-whois库：Python第三方库，可查询网站域名所有者、注册信息，辅助了解站点归属。

安装命令：pip3 install python-whois使用示例：`import whois

print(whois.whois('https://www.bootcss.com'))`

爬虫的基本工作流程

基础爬虫主要包含三大核心模块：数据采集（网页下载）、数据处理（网页解析）、数据存储（有效信息持久化）；更高级的爬虫为提升效率，会引入并发、分布式采集技术，同时配套调度器（分配线程/进程执行任务）、后台管理程序（监控爬虫状态、校验采集结果）等模块。

常规情况下，爬虫的完整工作流程包含以下步骤：

1. 设定采集目标，确定种子页面（起始页面），发起请求并下载网页。

2. 服务器访问失败时，按照预设重试次数，自动发起重试请求。

3. 按需配置User-Agent、代理IP，隐匿真实请求身份，避免被站点拦截。

4. 对下载的网页进行编码解码处理，提取目标数据信息。

5. 通过正则表达式、标签匹配等方式，从页面中抽取新的链接地址。

6. 对抽取的链接去重、校验，循环执行页面下载与数据解析操作。

7. 将清洗后的有效数据持久化存储，方便后续数据分析与使用。

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