Webmagic源码分析之运行流程
Webmagic是Java中的一个爬虫开源框架，主要有四大核心组件，分别是：Downloader、PageProcessor、Scheduler、Pipeline，并有Spider进行管理。这四个组件分别对应了爬虫生命周期中的下载、处理、管理、持久化。同时还支持XPath、Jsoup、CSS选择器，方便我们对抓取的页面进行解析。
Webmagic是Java中的一个爬虫开源框架，主要有四大核心组件，分别是：Downloader、PageProcessor、Scheduler、Pipeline，并有Spider进行管理。这四个组件分别对应了爬虫生命周期中的下载、处理、管理、持久化。同时还支持XPath、Jsoup、CSS选择器，方便我们对抓取的页面进行解析。
Webmagic的源码可以从github上pull下来：https://github.com/code4craft/webmagic
Webmagic的入门文档可以查看：http://webmagic.io/docs/zh/
以下是一张从文档中截下来的Webmagic架构图：
接下来将会以Webmagic中的一个例子，来跟踪一下webmagic运行流程的源码。这个例子位于webmagic-core这个核心模块中的us.codecraft.webmagic.processor.example包下，类名为GithubRepoPageProcessor，这是一个关于Github爬虫的代码。
首先从main函数入手，它创建了一个Spider对象，GithubRepoPageProcessor对象是对抓去结果进行解析的类。addUrl() 函数可以添加我们需要爬去的连接，这个函数的参数是可变的，可以传入多个URL并使用逗号隔开。thread() 函数用于设置Spider线程的数量，表明抓取时启动的线程数，支持多线程并发抓取。run方法用于启动Spider，因为Spider类实现了Runnable接口。这里也可以调用Spider的start()方法用于启动Spider。
public static void main(String[] args) {
Spider.create(new GithubRepoPageProcessor()).addUrl("https://github.com/code4craft").thread(5).run();
} public Spider thread(int threadNum) {
checkIfRunning();
this.threadNum = threadNum;
if (threadNum <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("threadNum should be more than one!");
}
return this;
}
protected void checkIfRunning() {
if (stat.get() == STAT_RUNNING) {
throw new IllegalStateException("Spider is already running!");
}
}由上面checkIfRunning函数中可以看待，stat用来保存爬虫的状态，从它的定义中，我发现它的类型是AtomicInteger，这是JDK1.5之后，在java.util.concurrent.atomic包下新增的原子处理类，主要用于在多线程环境下保证数据操作的准确性，能保证并发访问下的线程安全。
protected AtomicInteger stat = new AtomicInteger(STAT_INIT);
protected final static int STAT_INIT = 0;
protected final static int STAT_RUNNING = 1;
protected final static int STAT_STOPPED = 2;接下来我们来看看run方法的运行流程，当线程启动时，就会调用run方法。第3行调用函数用于检测Spider的状态，第4行的函数用于初始化爬虫的一些组件，这些组件我们可以在创建Spider的时候进行设置，如果没有设置，那么该函数会使用默认的组件进行初始化，其中也包含了对线程池的初始化。
第6行中用while循环，判断如果当前线程不中断，且Spider的状态为运行状态，也就是在checkRunningStat()方法中成功设置成了运行状态，那么就开始执行爬虫。第7行先从请求队列中拿出一个请求，Scheduler是用于管理爬虫请求的类，如果没有指定，Spider默认使用的是QueueScheduler，即基于内存的队列，其内部的数据结构是使用一个LinkedBlockingQueue来存放我们要爬取的请求。
当从队列中取出的请求为null，则判断如果线程池的活跃线程数为0，且exitWhenComplete设置为了true，那么就退出while循环。exitWhenComplete是一个boolean类型的值，表示当没有新的爬虫请求时，是否退出。否则的话，将执行waitNewUrl()等待新的请求被加入队列，再继续执行。
当Request不为null，则执行到第16行，创建一个匿名内部类，实现Runnable()接口，并添加到线程池中去执行。第20行，调用processRequest()函数，将会创建HttpClient去执行请求，并抓取界面进行解析等一系列操作。如果这个过程中没有发生异常，那么一次爬虫的生命周期就成功了，此时会执行第21行onSuccess()。这里涉及到了为Spider添加一个爬虫的监听器，当爬虫执行成功时，在onSuccess()中就会调用这个监听器中的onSuccess()方法，我们可以把对于爬虫执行成功做的操作，写在onSuccess()方法内。而当发生异常时，会执行onError()方法，实际上也是执行监听器中的onError()方法，我们可以对爬虫失败做一些处理。
当跳出while循环时，执行第33行，将Spider的状态设置为停止，并进行资源的释放。
@Override
public void run() {
checkRunningStat();
initComponent();
logger.info("Spider " + getUUID() + " started!");
while (!Thread.currentThread().isInterrupted() && stat.get() == STAT_RUNNING) {
Request request = scheduler.poll(this);
if (request == null) {
if (threadPool.getThreadAlive() == 0 && exitWhenComplete) {
break;
}
// wait until new url added
waitNewUrl();
} else {
final Request requestFinal = request;
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
processRequest(requestFinal);
onSuccess(requestFinal);
} catch (Exception e) {
onError(requestFinal);
logger.error("process request " + requestFinal + " error", e);
} finally {
pageCount.incrementAndGet();
signalNewUrl();
}
}
});
}
}
stat.set(STAT_STOPPED);
// release some resources
if (destroyWhenExit) {
close();
}
}在checkRunningStat()函数中，是一个while的死循环。第3行会得到当前Spider的状态，当状态为运行态时，会抛出异常，否则就设置当前状态为运行态，并退出循环。
private void checkRunningStat() {
while (true) {
int statNow = stat.get();
if (statNow == STAT_RUNNING) {
throw new IllegalStateException("Spider is already running!");
}
if (stat.compareAndSet(statNow, STAT_RUNNING)) {
break;
}
}
}在initComponent()函数中，当你没有指定Downloader时，默认使用HttpClientDownloader，当你没有指定Pipeline时，默认使用ConsolePipeline。注意，一个Spider只对应有一个Downloader，一个Scheduler，一个PageProcessor，但可以有多个Pipeline，在Spider中使用List集合来保存多个的Pipeline。第9-15行是对线程池的初始化，在创建Spider的时候，可以使用setExecutorService(ExecutorService executorService)来设置我们自己的线程池，如果没有设置，那么Spider会给我们创建一个默认的线程池，即Executors.newFixedThreadPool(threadNum)。
第16-21行，遍历初始设置的请求，添加到Scheduler请求队列当中，并清空初始请求。startRequest是一个Request列表，可以在创建Spider的时候，通过startRequest(List<Request> startRequests)函数进行设置。
protected void initComponent() {
if (downloader == null) {
this.downloader = new HttpClientDownloader();
}
if (pipelines.isEmpty()) {
pipelines.add(new ConsolePipeline());
}
downloader.setThread(threadNum);
if (threadPool == null || threadPool.isShutdown()) {
if (executorService != null && !executorService.isShutdown()) {
threadPool = new CountableThreadPool(threadNum, executorService);
} else {
threadPool = new CountableThreadPool(threadNum);
}
}
if (startRequests != null) {
for (Request request : startRequests) {
scheduler.push(request, this);
}
startRequests.clear();
}
startTime = new Date();
} protected void processRequest(Request request) {
Page page = downloader.download(request, this);
if (page == null) {
throw new RuntimeException("unaccpetable response status");
}
// for cycle retry
if (page.isNeedCycleRetry()) {
extractAndAddRequests(page, true);
sleep(site.getRetrySleepTime());
return;
}
pageProcessor.process(page);
extractAndAddRequests(page, spawnUrl);
if (!page.getResultItems().isSkip()) {
for (Pipeline pipeline : pipelines) {
pipeline.process(page.getResultItems(), this);
}
}
//for proxy status management
request.putExtra(Request.STATUS_CODE, page.getStatusCode());
sleep(site.getSleepTime());
} protected void extractAndAddRequests(Page page, boolean spawnUrl) {
if (spawnUrl && CollectionUtils.isNotEmpty(page.getTargetRequests())) {
for (Request request : page.getTargetRequests()) {
addRequest(request);
}
}
}
private void addRequest(Request request) {
if (site.getDomain() == null && request != null && request.getUrl() != null) {
site.setDomain(UrlUtils.getDomain(request.getUrl()));
}
scheduler.push(request, this);
}Site对象保存的是爬虫的一些配置信息，如请求头、Cookie、代理信息、字符编码、可以接收的服务器状态吗等。第3-6行，判断task如果不为空，那么就得到site。Task是一个接口，里面有两个方法：一个是getUUID()，另一个是getSite()，而我们的Spider就是实现了Task接口的类。第11-13行，当site不为null时，分别获得site中设置的信息，有可接收的状态码、字符编码、请求头，这些信息是我们在创建Site对象时，可以自己设置进去的。第14行，如果site为null，那么就创建一个包含状态码200的Set集合，表示默认只接收服务器返回的带有200状态码的响应。
第23-28行，与获取代理有关。如果Site中有设置代理IP池，并且启用，那么则从代理IP池中获取一个代理Proxy对象，如果没有设置代理IP池，但Site中设置了HttpHost对象，则直接从Site中获取。第30行，调用getHttpUriRequest()来的一个Http请求对象，这个函数的具体实现我们之后会详细说明。第31行，通过getHttpClient()方法得到用于执行HTTP请求的HttpClient对象，并调用execute()执行请求，得到Response对象。第32-41行，获取服务器响应的状态码，判断这个状态码是否是当前Spider所支持的状态码，如果支持，则使用handleResponse()方法处理响应的界面，得到了封装响应界面的Page对象，如果不支持，则会打出警告日志。在finally中，会将代理IP归还给IP池，并关闭响应流，即EntityUtils.consume()。
@Override
public Page download(Request request, Task task) {
Site site = null;
if (task != null) {
site = task.getSite();
}
Set<Integer> acceptStatCode;
String charset = null;
Map<String, String> headers = null;
if (site != null) {
acceptStatCode = site.getAcceptStatCode();
charset = site.getCharset();
headers = site.getHeaders();
} else {
acceptStatCode = Sets.newHashSet(200);
}
logger.info("downloading page {}", request.getUrl());
CloseableHttpResponse httpResponse = null;
int statusCode=0;
try {
HttpHost proxyHost = null;
Proxy proxy = null; //TODO
if (site.getHttpProxyPool() != null && site.getHttpProxyPool().isEnable()) {
proxy = site.getHttpProxyFromPool();
proxyHost = proxy.getHttpHost();
} else if(site.getHttpProxy()!= null){
proxyHost = site.getHttpProxy();
}
HttpUriRequest httpUriRequest = getHttpUriRequest(request, site, headers, proxyHost);
httpResponse = getHttpClient(site, proxy).execute(httpUriRequest);
statusCode = httpResponse.getStatusLine().getStatusCode();
request.putExtra(Request.STATUS_CODE, statusCode);
if (statusAccept(acceptStatCode, statusCode)) {
Page page = handleResponse(request, charset, httpResponse, task);
onSuccess(request);
return page;
} else {
logger.warn("code error " + statusCode + "\t" + request.getUrl());
return null;
}
} catch (IOException e) {
logger.warn("download page " + request.getUrl() + " error", e);
if (site.getCycleRetryTimes() > 0) {
return addToCycleRetry(request, site);
}
onError(request);
return null;
} finally {
request.putExtra(Request.STATUS_CODE, statusCode);
if (site.getHttpProxyPool()!=null && site.getHttpProxyPool().isEnable()) {
site.returnHttpProxyToPool((HttpHost) request.getExtra(Request.PROXY), (Integer) request
.getExtra(Request.STATUS_CODE));
}
try {
if (httpResponse != null) {
//ensure the connection is released back to pool
EntityUtils.consume(httpResponse.getEntity());
}
} catch (IOException e) {
logger.warn("close response fail", e);
}
}
}我们来看看是如何获取到HttpUriRequest对象的。getHttpUriRequest()函数有四个参数，第一个是Request对象，封装了请求的信息；第二个是Site对象，封装了Spider的配置信息；第三个是Map集合，保存了请求头；第四个是HttpHost对象，保存了代理的信息。第1行，调用selectRequestMethod() 来进行请求方式的选择，返回一个RequestBuilder对象，该对象是用于产生HttpUriRequest的。第22行，从request中获得请求的方式，然后进行判断，根据不同的请求方式构建出不同的RequestBuilder对象。这里要说的一个是，如果请求为POST，则需要获取表单参数，POST请求的表单参数是以key-value的形式封装在NameValuePair数组中的。需要特别注意的是，当我们使用Request对象的post请求时，如果要传递表单参数，则要将封装了表单参数NameValuePair数组，以key为nameValuePair的形式，加入到Request对象里的Map集合中。
第3-7行，当请求头不为null时，则为RequestBuilder添加请求头。第8-12行，创建配置请求信息的对象，设置了连接超时时间、socket超时时间等信息。第13-16行，对代理信息进行设置。
protected HttpUriRequest getHttpUriRequest(Request request, Site site, Map<String, String> headers,HttpHost proxy) {
RequestBuilder requestBuilder = selectRequestMethod(request).setUri(request.getUrl());
if (headers != null) {
for (Map.Entry<String, String> headerEntry : headers.entrySet()) {
requestBuilder.addHeader(headerEntry.getKey(), headerEntry.getValue());
}
}
RequestConfig.Builder requestConfigBuilder = RequestConfig.custom()
.setConnectionRequestTimeout(site.getTimeOut())
.setSocketTimeout(site.getTimeOut())
.setConnectTimeout(site.getTimeOut())
.setCookieSpec(CookieSpecs.BEST_MATCH);
if (proxy !=null) {
requestConfigBuilder.setProxy(proxy);
request.putExtra(Request.PROXY, proxy);
}
requestBuilder.setConfig(requestConfigBuilder.build());
return requestBuilder.build();
}
protected RequestBuilder selectRequestMethod(Request request) {
String method = request.getMethod();
if (method == null || method.equalsIgnoreCase(HttpConstant.Method.GET)) {
//default get
return RequestBuilder.get();
} else if (method.equalsIgnoreCase(HttpConstant.Method.POST)) {
RequestBuilder requestBuilder = RequestBuilder.post();
NameValuePair[] nameValuePair = (NameValuePair[]) request.getExtra("nameValuePair");
if (nameValuePair != null && nameValuePair.length > 0) {
requestBuilder.addParameters(nameValuePair);
}
return requestBuilder;
} else if (method.equalsIgnoreCase(HttpConstant.Method.HEAD)) {
return RequestBuilder.head();
} else if (method.equalsIgnoreCase(HttpConstant.Method.PUT)) {
return RequestBuilder.put();
} else if (method.equalsIgnoreCase(HttpConstant.Method.DELETE)) {
return RequestBuilder.delete();
} else if (method.equalsIgnoreCase(HttpConstant.Method.TRACE)) {
return RequestBuilder.trace();
}
throw new IllegalArgumentException("Illegal HTTP Method " + method);
}下面我们来看看如何产生HttpClient对象的，如第11行，是通过HttpClientGenerator对象中的getClient()方法来获取HttpClient对象。其内部实现就是使用HttpClientBuilder来生产HttpClient，需要设置代理IP的信息，以及用户名和密码。
private CloseableHttpClient getHttpClient(Site site, Proxy proxy) {
if (site == null) {
return httpClientGenerator.getClient(null, proxy);
}
String domain = site.getDomain();
CloseableHttpClient httpClient = httpClients.get(domain);
if (httpClient == null) {
synchronized (this) {
httpClient = httpClients.get(domain);
if (httpClient == null) {
httpClient = httpClientGenerator.getClient(site, proxy);
httpClients.put(domain, httpClient);
}
}
}
return httpClient;
}得到了服务器的响应，就需要解析这些响应，handleResponse() 方法就实现了这个getContent()方法，用于获得服务器响应的HTML代码。这是设计到一个字符编码的问题，如果有在site中设置了charset，就使用这个charset，将服务器响应的byte字节数组转成String类型返回。否则，则需要调用getHtmlCharset() 根据响应内容获取字符编码，有一下几种方式：第一，解析响应头中Content-Type属性，Content-Type中设置的编码；第二，解析HTML中meta标签中的字符编码，例如
protected Page handleResponse(Request request, String charset, HttpResponse httpResponse, Task task) throws IOException {
String content = getContent(charset, httpResponse);
Page page = new Page();
page.setRawText(content);
page.setUrl(new PlainText(request.getUrl()));
page.setRequest(request);
page.setStatusCode(httpResponse.getStatusLine().getStatusCode());
return page;
}
protected String getContent(String charset, HttpResponse httpResponse) throws IOException {
if (charset == null) {
byte[] contentBytes = IOUtils.toByteArray(httpResponse.getEntity().getContent());
String htmlCharset = getHtmlCharset(httpResponse, contentBytes);
if (htmlCharset != null) {
return new String(contentBytes, htmlCharset);
} else {
logger.warn("Charset autodetect failed, use {} as charset. Please specify charset in Site.setCharset()", Charset.defaultCharset());
return new String(contentBytes);
}
} else {
return IOUtils.toString(httpResponse.getEntity().getContent(), charset);
}
}
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