張安啟 羅批

摘要 新浪微博是數(shù)據(jù)的重要發(fā)源地。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速抓取，本文在研究反爬機制的基礎上，設計了基于Scrapy的微博爬蟲，并對各模塊進行了詳細闡述。實驗表明，該爬蟲具有支持關(guān)鍵字匹配、速度快、簡單的特點。為研究者提供了快速、準確、方便地獲取微博數(shù)據(jù)的途徑。

【關(guān)鍵詞】Scrapy 爬蟲 微博

微博自誕生之日起就獲得迅猛發(fā)展。截至2017年9月，新浪微博的活躍用戶高達3.76億，較之去年同期增長27%。微博作為網(wǎng)民交流互動的平臺，時刻產(chǎn)生著大量的數(shù)據(jù)，對于研究具有重要意義。當前通過微博開放接口（API）獲取數(shù)據(jù)存在諸多的限制，而且流程復雜、速度較慢。

Sctapy是為爬取網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)而編寫的應用框架，具有簡單、模塊清晰的特點。Scrapy框架對于設計爬取新浪微博數(shù)據(jù)的爬蟲具有十分重要的意義。本文研究了當前微博的反爬機制，并對該機制制定了相應的策略。并依此設計了基于Scrapy的微博爬蟲。并通過實驗驗證了設計的爬蟲的有效性。

1 當前的反爬蟲機制

當前的反爬機制主要有以下四種：

（1） IP地址的限制。微博服務器對登錄網(wǎng)站的IP地址進行監(jiān)測，如果某一個IP地址訪問頻率過高或者持續(xù)時間過久，就會判定使用該IP的用戶為爬蟲并對該IP進行封鎖。令其無法訪問微博或者通過驗證后方可進行訪問。

（2）瀏覽器的限制。瀏覽器的標識存在于headers屬性當中。如果檢測到某一個瀏覽器頻繁地訪問，便會封殺該瀏覽器。

（3）對賬號的限制。因為一個人不可能頻繁大量長時間地訪問微博，因此如果某一賬號頻繁不間斷的訪問微博，該賬號就需要重新驗證方可繼續(xù)訪問。

（4）對訪問頻率的限制。由于爬蟲瀏覽速率非常快，高于普通人瀏覽網(wǎng)頁的幾十倍甚至上百倍。因此，如果訪問頻率過高，也會將其判定為爬蟲，對其要求進行驗證。

由此可見，當前的反爬機制主要是通過對正常網(wǎng)民行為進行識別。當某個網(wǎng)民的行為與正常網(wǎng)民的行為不一致的時候，就會判定該網(wǎng)民為爬蟲。因此，為了應對反爬蟲機制，就應該讓爬蟲行為與正常用戶行為更為相似。

2 應對反爬蟲的策略

針對微博的反爬蟲策略，在此制定防止反爬蟲的設計。

（1）建立由多個IP地址組成的IP池。每進行一次新的頁面訪問，從IP池中隨機抽取一個IP地址。這樣可以避免某個IP地址被封殺。

（2）建立多個移動瀏覽器標識的客戶端類型池。由于當前人們習慣于使用手機等移動設備上網(wǎng)，因而使用移動設備瀏覽器登錄網(wǎng)站理論上講是個較為安全的方式。從移動客戶端類型池中每次隨機抽取一個客戶端，模擬網(wǎng)民登陸。

（3）建立多個賬號組成的賬號池。每次訪問新的頁面，從賬號池中隨機抽取一個賬號，有效降低單個賬號的訪問頻率。

（4）增大訪問時延。通過增大訪問時延，降低訪問頻率，模擬正常人的訪問，實現(xiàn)對反爬蟲機制的回避。

3 基于Scrapy的爬蟲工作原理

圖1是Scrapy框架圖，現(xiàn)在對其各個模塊以及運行流程進行介紹。

3.1 模塊介紹

引擎（ Scrapy Engine）：它是整個框架的核心，數(shù)據(jù)在各個模塊的流動都需要通過引擎的牽引來實現(xiàn)。

調(diào)度器（Schedule）接受引擎模塊發(fā)來的request，并將request壓入隊列。在進行微博抓取的時候主要是URL隊列。調(diào)度器對URL隊列進行處理，主要是排序與去重。

下載器（Downloader）：從互聯(lián)網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)，并將內(nèi)容反饋給爬蟲（ Spiders）模塊。

管道（Pipelines）：處理從網(wǎng)頁中抽取的實體（Items），主要功能是驗證實體有效性和清除無意義的信息。頁面被解析后，將會被發(fā)送到管道中進行處理。本實驗結(jié)合Mongodb數(shù)據(jù)庫，通過Pipelines將數(shù)據(jù)直接導入Mongodb數(shù)據(jù)庫中。

中間件（Middlewares）：處理兩個模塊之間的信息請求以及進行相應。

3.2 運行流程

引擎將調(diào)度器里的URL封裝成請求（ Requests），傳送到下載器，下載器從互聯(lián)網(wǎng)上將數(shù)據(jù)下載下來，將其封裝成應答包（ Responses）并傳送給爬蟲。爬蟲對應答包進行解析得到實體或URL。如果是實體，則交給管道進行進一步處理。如果是URL，則將結(jié)果交給調(diào)度器處理。

4 爬蟲的各個模塊設計

4.1 Cookies模塊

Cookies模塊主要用于在一定時間內(nèi)，記錄登錄數(shù)據(jù)，在進行登錄的時候可以保持登錄的狀態(tài)。在本文設計的cookies模塊中，記錄的是多個用戶賬號組成的賬號池，用來登陸微博網(wǎng)站時先切換賬號。主要偽代碼如下：

weib0 =[{num‘：‘1 5022967940，psw：OC3LKP'），……]#建立微博賬號池，賬號池中的賬號越多，被封殺的可能性越低，時延可以設置越低，爬取速度越快

def getCookies（、veibo）：#獲取Cookies

cookies =[]

loginURL= 'https：，//weibo.cn/login/'#微博網(wǎng)站登陸界面

for elem in weibo：#從微博賬號池中抽取一個賬號進行登錄

account= elem[num]

password = elem[psw‘]

try：

browser= webdriver.PhantomjS（desiredcapabilities=dcap） browser.get（loginURL）

if出現(xiàn)需要識別的代碼

人工識別代碼并在界面上輸入代碼

4.2 Items模塊

該模塊主要明確抓取數(shù)據(jù)的類型。本文抓取的實驗數(shù)據(jù)類型是用戶的用戶名，用戶粉絲數(shù)、微博內(nèi)容、發(fā)布時間、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)、點贊數(shù)以及評論數(shù)三個指標。其主要代碼為：

from scrapy import Item， Field

class Informationltem（ltem）：#個人信息

id= Field（）#用戶ID

Fans= Field（）#用戶粉絲

Content= Field（）#微博內(nèi)容

PubTime= Field（）#發(fā)表時間

Transfer= Field（）#轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)

Like= Field（）#點贊數(shù)

Comment= Field（）#評論數(shù)

4.3 Middlewares模塊

該模塊主要實現(xiàn)瀏覽器、IP地址以及登陸賬號（登陸賬號在cookies中）的轉(zhuǎn)換，防止被禁止爬取數(shù)據(jù)。其主要代碼如下：

import random

import urlllib.request

from cookies import cookies

agents=["Mozilla/5.0 （Linux; U;Android 2.3.6; en-us; Nexus S Build/GRK39F）AppleWebKit/533.1 （KHTML， like Gecko）Version/4.0 Mobile Safari/533.1”，—…]#建立移動瀏覽器池

ips= [23.25.35.66，….]#建立ip地址池

class UserAgentIPMiddleware（object）： #更換User-Agent與IP

def process_request（self， request， spider）：

agent= random.choice（agents）#從移動瀏覽器池中隨機抽取一個移動瀏覽器

ip= random.choice（ips）#從IP池中隨機抽取IP

request.headers["User-Agent"]= agenr##訪問網(wǎng)站的瀏覽器頭設置為抽取的移動瀏覽器

ip_support=urllib.requestProxyHandler（{ thttp'：ip}）

opener= urllib.request.build_opener（ipsupport）

urllib.request.install_opener（opener）

class CookiesMiddleware（object）：#更 換Cookie

def process_request（self， request， spider）：

cookie= random.choice（cookies）#從cookies池中隨機抽取cookie

request.cookies= cookie

4.4 Pipelines模塊

該模塊主要對抓取的數(shù)據(jù)進行解析校對，然后傳入Mongodb數(shù)據(jù)庫中。其主要代碼如下：

import pymongo

fromltems import Informationltem

class MongoDBPipleline（object）：#初始化設置MongoDB數(shù)據(jù)庫

defjnit_（selt）：

clinet= pymongo.MongoClient（"localhost"，27017）

db = clinet["Sina"]

selflnformation= db["Information"]

def processjtem（selt item， spider）：#判斷item的類型，并作相應的處理，再入數(shù)據(jù)庫

ifisinstance（item， Informationltem）：

try：

self.lnformation.insert（dict（item》

except Exception：

pass

retumltem

4.5 Settings模塊

該模塊主要設置抓取的間隔時間與關(guān)鍵詞等信息。在這設置抓取間隔為6，關(guān)鍵詞為租賃房。主要代碼如下：

DOWNLOAD__ DELAY=6井間隔時間

KEY WORD=‘租賃房#關(guān)鍵詞

4.6 Spider主程序（引擎模塊）

該模塊是整個程序的核心，通過該模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的抓取。主要代碼如下：

def start_requests（self）：#依據(jù)關(guān)鍵詞獲取微博，并將該微博的用戶的地址url

url={url} ？keyword= {keyword}format（url=self.search_url， keyword=KEYWORD）

# search url為微博搜索界面

defparse （self， response）：#抓取微博數(shù)據(jù)

selector= Selector（response）

rweets=selector.xpath（body/div[@class='c”and@idD

for tweet in tweets：

nveetsltems= Tweetsltem（）

id= tweet.xpath（@id'）.extract_first（）#獲取微博ID

fans= response.xpath（”//div[@class=tip2]/a[contains（text（），‘粉絲[）]/text（）”）#獲取粉絲

content= tweet.xpath（‘div/span[@class=”ctt”]/text（））.extract_first（）#獲取微博內(nèi)容

like= re.findall（u＼u8d5e＼[（＼d+）、]，tweet.extract（》#獲取點贊數(shù)

transfer= re.findall（u‘＼u8f6c＼u53d1、[（＼d_）m tweet.extracr（》#獲取轉(zhuǎn)載數(shù)

comment= re.findall（u‘＼u8bc4＼u8bba、[（＼d+）m tweet.extract（》#獲取評論數(shù)5實驗運行平臺

實驗平臺：聯(lián)想E431電腦

具體配置：CPU intel i5-4320、8G內(nèi)存、2G顯卡、256G固態(tài)硬盤

6 實驗分析

本實驗以群眾最為關(guān)心的租賃房作為關(guān)鍵詞進行數(shù)據(jù)的抓取，在爬蟲運行的86小時23分鐘內(nèi)，共計爬取了9910個用戶的18633554條數(shù)據(jù)。

圖2是爬取的部分數(shù)據(jù)截圖：從左到右為用戶名、粉絲數(shù)、微博內(nèi)容、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)、點贊數(shù)、評論數(shù)及發(fā)布時間。

依據(jù)粉絲數(shù)多少繪制用戶的累計分布概率進行繪制，得到的結(jié)果如圖3所示。

這說明關(guān)于“租賃房”這一社會熱點話題的參與者的粉絲呈冪率分布，關(guān)心該話題的大部分人為擁有少量粉絲的普通民眾。這也與當前社會現(xiàn)實相一致，擁有大量粉絲的網(wǎng)絡大V占據(jù)極少數(shù)，絕大多數(shù)的網(wǎng)民只擁有極少數(shù)的粉絲。

7 總結(jié)

通過分析當前的反爬機制，運用Scrapy框架簡單、模塊清晰的特點以及python豐富完善的標準庫，設計了基于Scrapy的網(wǎng)絡爬蟲。通過實驗證實，該爬蟲能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效爬取，為科研工作者獲取微博數(shù)據(jù)提供了一個較為簡單快捷的工具。在搜索時，只需要將關(guān)鍵詞修改，就可實現(xiàn)該主題數(shù)據(jù)的爬取。

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