Scrapy爬虫框架

 一、Scrapy简介

 1.1 什么是Scrapy

Scrapy是 Python 开发的一个快速、高层次的屏幕抓取和web抓取框架，用于抓取web站点并从页面中提取结构化的数据。Scrapy用途广泛，可以用于数据挖掘、监测和自动化测试。

Scrapy吸引人的地方在于它是一个框架，任何人都可以根据需求方便的修改。它也提供了多种类型爬虫的基类，如BaseSpider、sitemap爬虫等，最新版本又提供了web2.0爬虫的支持。

 1.2 基本功能

Scrapy是一个为爬取网站数据、提取结构性数据而设计的应用程序框架，它可以应用在广泛领域：Scrapy 常应用在包括数据挖掘，信息处理或存储历史数据等一系列的程序中。
通常我们可以很简单的通过 Scrapy 框架实现一个爬虫，抓取指定网站的内容或图片。

尽管Scrapy原本是设计用来屏幕抓取（更精确的说，是网络抓取），但它也可以用来访问API来提取数据。

 1.3 Scrapy架构图

Scrapy Engine(引擎): 负责Spider、ItemPipeline、Downloader、Scheduler中间的通讯，信号、数据传递等。
Scheduler(调度器): 它负责接受引擎发送过来的Request请求，并按照一定的方式进行整理排列，入队，当引擎需要时，交还给引擎。
Downloader（下载器）：负责下载Scrapy Engine(引擎)发送的所有Requests请求，并将其获取到的Responses交还给Scrapy Engine(引擎)，由引擎交给Spider来处理，
Spider（爬虫）：它负责处理所有Responses,从中分析提取数据，获取Item字段需要的数据，并将需要跟进的URL提交给引擎，再次进入Scheduler(调度器).
Item Pipeline(管道)：它负责处理Spider中获取到的Item，并进行进行后期处理（详细分析、过滤、存储等）的地方。
Downloader Middlewares（下载中间件）：你可以当作是一个可以自定义扩展下载功能的组件。
Spider Middlewares（Spider中间件）：你可以理解为是一个可以自定扩展和操作引擎和Spider中间通信的功能组件（比如进入Spider的Responses;和从Spider出去的Requests）

 1.4 Scrapy的工作流程

1.首先Spiders（爬虫）将需要发送请求的url(requests)经ScrapyEngine（引擎）交给Scheduler（调度器）。
2.Scheduler（排序，入队）处理后，经ScrapyEngine，DownloaderMiddlewares(可选，主要有User_Agent, Proxy代理)交给Downloader。
3.Downloader向互联网发送请求，并接收下载响应（response）。将响应（response）经ScrapyEngine，SpiderMiddlewares(可选)交给Spiders。
4.Spiders处理response，提取数据并将数据经ScrapyEngine交给ItemPipeline保存（可以是本地，可以是数据库）。
5.提取url重新经ScrapyEngine交给Scheduler进行下一个循环。直到无url请求程序停止结束。

注意！只有当调度器中不存在任何request了，整个程序才会停止，（也就是说，对于下载失败的URL，Scrapy也会重新下载。）

二、创建 Scrapy爬虫项目

制作爬虫一共需要4步：

1. 新建项目 (scrapy startproject xxx)：新建一个新的爬虫项目
2. 明确目标 （编写items.py）：明确你想要抓取的目标
3. 制作爬虫 （spiders/xxspider.py）：制作爬虫开始爬取网页
4. 存储内容 （pipelines.py）：设计管道存储爬取内容

 2.1 新建项目

在开始爬取之前，必须创建一个新的Scrapy项目。进入自定义的项目目录中，运行下列命令：
　　安装模块：
　　　　python -m pip install --upgrade pip
　　　　pip install scrapy
　　新建项目：
　　　　scrapy startproject mySpider　
　　建项目完成后会有提示，用来创建爬虫代码文件：
　　　　cd mySpider
　　　　scrapy genspider exemple exemple.com
　　其中， mySpider 为项目名称，可以看到将会创建一个 mySpider 文件夹，目录结构大致如下：
　　　　mySpider/
　　　　　　scrapy.cfg
　　　　　　mySpider/
　　　　　　　　__init__.py
　　　　　　　　items.py
　　　　　　　　pipelines.py
　　　　　　　　settings.py
　　　　　　　　spiders/
　　　　　　　　　　__init__.py
　　　　　　　　　　...
　　下面来简单介绍一下各个主要文件的作用，这些文件分别是:
　　    scrapy.cfg: 项目的配置文件。
　　    mySpider/: 项目的Python模块，将会从这里引用代码。
　　    mySpider/items.py: 定义数据的结构，类java的class。yield可以将item推送到pipeline中进行处理
　　    mySpider/pipelines.py: 将获取的item进行处理，自定义逻辑将数据持久化存储到文件或数据库
　　    mySpider/settings.py: 项目下所有爬虫配置文件，可以控制爬取速率和并发、配置中间件和管道
　　    myspider/middlewares.py: 下载中间件用在请求之前，可添加UA和代理，蜘蛛中间件用在持久化之前，可实现去重逻辑
　　    mySpider/spiders/: 存储爬虫代码目录。

 2.2 明确目标

item.py文件是保存爬取数据的容器，他使用的方法和字典很相似，但是相比字典item多了额外的保护机制，可以避免拼写错误或者定义错误。
在创建item时需要继承scrapy.Item类，并且定义类型为scrapy.Field的类属性来定义一个 Item（可以理解成类似于 ORM 的映射关系）。

目标：我们打算抓取 http://www.itcast.cn/channel/teacher.shtml 网站里的所有讲师的姓名、职称和个人信息
　　　接下来，创建一个 ItcastItem 类，和构建 item 模型（model）。

import scrapy

class ItcastItem(scrapy.Item):
   name = scrapy.Field()
   title = scrapy.Field()
   info = scrapy.Field()

根据需求设置爬虫配置文件

#根据robot.txt规则采集（false是关闭）
ROBOTSTXT_OBEY = False
 
#启用Item Pipeline组件，用框架中封装好的类(ImagesPipeline)，去进行图片的爬取
ITEM_PIPELINES = {
    'scrapy.pipelines.images.ImagesPipeline': 1
}
 
#UA 模拟浏览器访问
USER_AGENT = 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/102.0.0.0 Safari/537.36'
#设置图片下载地址
IMAGES_STORE = 'images'
#item要传递给pipeline管道的url
IMAGES_URLS_FIELD = 'img_url'

 2.3 制作爬虫

爬数据：（采集模块spider）
    Spider是用户自己编写的类，用来从一个域（或域组）中抓取信息
    他们定义了用于下载的URL列表、跟踪链接方案、解析网页内容的方式，以此来提取items。
    要建立一个Spider，你必须用scrapy.spider.BaseSpider创建一个子类，并确定三个属性：
        name：爬虫的识别名称。必须是唯一的，在不同的爬虫中你必须定义不同的名字
        start_urls：爬取的url列表。
        parse()：解析的方法。调用的时候传入从每一个URL传回的Response对象作为唯一参数，负责解析并匹配抓取的数据（解析为item），跟踪更多的URL
    
生成代码文件：
　　方式一：命令生成
　　　　cd mySpider
　　　　scrapy genspider itcast itcast.cn    #生成爬虫代码文件itcast.py；itcase 文件名字；itcase.cn 爬取的网站域名    
    　　然后根据自己的需求修改itcast.py文件
        
　　方式二：在spiders目录自建Python文件
　　　　cd mySpider
　　　　vim itcast.py　　
　　　　然后根据自己的需求编写itcast.py文件            

页面解析和数据提取
　　写爬虫最重要的是页面解析和数据提取
　　一般来讲对我们而言，需要抓取的是某个网站或者某个应用的内容，提取有用的价值。内容一般分为两部分，非结构化的数据 和 结构化的数据。
　　不同类型的数据，我们需要采用不同的方式来处理。
　　　　非结构化数据：先有数据，再有结构
　　　　　　文本、电话号码、邮箱地址
　　　　　　　　正则表达式
　　　　　　HTML 文件
　　　　　　　　正则表达式
　　　　　　　　XPath
　　　　　　　　CSS选择器
　　　　结构化数据：先有结构、再有数据
　　　　　　JSON 文件
　　　　　　　　JSON Path
　　　　　　　　转化成Python类型进行操作（json类）
　　　　　　XML 文件
　　　　　　　　转化成Python类型（xmltodict）
　　　　　　　　XPath
　　　　　　　　CSS选择器
　　　　　　　　正则表达式
　　选择合适的方式 分析要爬取的网页，并提取内容（可以自己查找如何使用上面提到的处理方式）

完整的爬虫代码文件

# -*- coding: utf-8 -*-
from ..items import ItcastItem
import scrapy

class ItcastSpider(scrapy.Spider):
    name = 'itcast'
    allowed_domains = ["www.itcast.cn"]
    start_urls = ["https://www.itcast.cn/channel/teacher.shtml#ajavaee"]

    def parse(self, response):
        #file_name = "teacher.html"
        #open(file_name,"wb").write(response.body)
        items = []
        for i in response.xpath("//div[@class='main_mask']"):
            # 将我们得到的数据封装到一个 `ItcastItem` 对象
            item = ItcastItem()
            # extract()方法返回的都是unicode字符串
            name = i.xpath('h2/text()').extract()
            level = i.xpath('h3/text()').extract()
            info = i.xpath('p/text()').extract()

            # xpath返回的是包含一个元素的列表
            item['name'] = name[0]
            item['level'] = level[0]
            item['info'] = info[0]
            items.append(item)
            # 将item提交给管道
            yield item

 2.4 存储内容

from itemadapter import ItemAdapter
from scrapy.exceptions import DropItem
from scrapy.pipelines.images import ImagesPipeline

#将数据保存在文本文档中
class MySpiderPipeline(object):
    def __init__(self,file_name):
        self.file_name = file_name

    @classmethod
    def from_crawler(cls, crawler):
        #获取setting.py文件中的FILE_NAME值，如获取失败就用默认值teachers.txt
        return cls(
            file_name=crawler.settings.get("FILE_NAME", "teachers.txt")
        )

    # Spider启动时，执行打开文件操作
    def open_spider(self, spider):
        print("开始爬取...")
        self.file = open(self.file_name, "a", encoding="utf-8")

    #数据处理
    def process_item(self, item, spider):
        novel_str = item["name"] + ";" + item["level"] + ";" + item["info"] + "\n"
        self.file.write(novel_str)
        return item
    #关闭Spider时，执行关闭文件操作
    def close_spider(self,spider):
        self.file.close()

 最后，运行程序：

　　scrapy crawl  itcast

爬取完成。其实爬取文本不需要这么复杂，这是在为后面爬取图片、视频做热身。