劉曉東 林鳳德 朱文歡

摘? 要：網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的重要基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的獲取。針對(duì)爬蟲(chóng)的渠道廣、數(shù)量多且雜、單點(diǎn)效率低的問(wèn)題，引入了輕量級(jí)的多線程爬蟲(chóng)框架Crawler4j和分布式定時(shí)任務(wù)調(diào)度框架Quartz，文章主要基于這兩個(gè)框架來(lái)搭建穩(wěn)定、高效的分布式爬蟲(chóng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng);分布式;Crawler4j;Quartz

Abstract： Web crawler is an important foundation of data analysis， through which data can be acquired. Aiming at the problem of crawler's wide channel， large number and miscellaneous， and low efficiency of single point， the lightweight multi-threaded crawler framework Crawler4j and the distributed timed task scheduling framework Quartz are introduced. This paper mainly builds a stable and efficient distributed crawler system based on these two frameworks.

網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)（Web Crawler）是指按照特定的方式，自動(dòng)獲取網(wǎng)絡(luò)中大量數(shù)據(jù)（包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）的程序或者腳本。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)就是財(cái)富，得數(shù)據(jù)者得天下，所以作為獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)技術(shù)將越來(lái)越受到重視。網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)技術(shù)不僅涉及到網(wǎng)絡(luò)知識(shí)、網(wǎng)頁(yè)前后端知識(shí)，而且還包含各種輔助工具，是個(gè)綜合的技術(shù)[1]。本文通過(guò)開(kāi)源框架Crawler4j[2]和Quartz[3]來(lái)構(gòu)建定時(shí)循環(huán)、穩(wěn)定、快速的多線程分布式爬蟲(chóng)系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)爬蟲(chóng)的高效數(shù)據(jù)采集功能。

2 技術(shù)選型

2.1 Quartz中集成Crawler4j

Crawler4j是一款基于Java的輕量級(jí)單機(jī)開(kāi)源爬蟲(chóng)框架[2]，該框架的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、速度快、容易上手，同時(shí)該框架支持多線程、過(guò)濾重復(fù)url、垂直獲取數(shù)據(jù)等功能。在使用Crawler4j框架時(shí)，需要關(guān)注兩個(gè)重要的類(lèi)，一個(gè)類(lèi)是：WebCrawler類(lèi)，它負(fù)責(zé)匹配url規(guī)則、解析html頁(yè)面和提取所需數(shù)據(jù);另外一個(gè)類(lèi)為：Controller類(lèi)，它用來(lái)控制爬蟲(chóng)的各種狀態(tài)。對(duì)于Crawler4j的配置，需要根據(jù)不同的爬蟲(chóng)任務(wù)來(lái)進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，如setMaxDepthOfCrawling（）[2]就是配置最大深度，setMaxPagesToFetch（）[2]就是頁(yè)面抓取的最大數(shù)量，對(duì)于不同的配置，需要查看官方文檔[2]。

Quartz是任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域的一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目[3]，其最大的特點(diǎn)是擁有豐富的功能，它可以用來(lái)創(chuàng)建或者運(yùn)行少則幾個(gè)，多則十個(gè)、百個(gè)、甚至幾萬(wàn)個(gè)復(fù)雜任務(wù)。Quartz框架中定時(shí)任務(wù)部分是在Job類(lèi)的void execute（JobExecutionContextcontext）[3]方法中執(zhí)行，如果想要集成Crawler4j爬蟲(chóng)框架，只需在execute（）方法中構(gòu)造Crawler4j配置及啟動(dòng)對(duì)應(yīng)配置爬蟲(chóng)線程，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)爬蟲(chóng)任務(wù)了。啟動(dòng)爬蟲(chóng)任務(wù)后，用Crawler4j自帶的解析特性來(lái)解析對(duì)應(yīng)url返回的頁(yè)面。但是這種方法不是通用的，所以對(duì)于一些特殊頁(yè)面還需要采取自定義解析類(lèi)來(lái)解析。

2.2 分布式實(shí)現(xiàn)原理

需要獲取的數(shù)據(jù)來(lái)源渠道眾多，有門(mén)戶(hù)網(wǎng)站、快訊、自媒體等等。各渠道的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不統(tǒng)一，這樣便導(dǎo)致每一個(gè)任務(wù)都很個(gè)性化，需要做定制化處理來(lái)滿足需求。依托Quartz不僅可以實(shí)現(xiàn)成百上千個(gè)任務(wù)的運(yùn)行和管理，而且每一個(gè)任務(wù)都可以做定制化處理[4]。單個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行眾多任務(wù)的時(shí)候，存在著運(yùn)行效率低、獲取數(shù)據(jù)不及時(shí)、無(wú)法高可用等問(wèn)題。通過(guò)引入分布式系統(tǒng)可以有效地提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，同時(shí)解決高可用問(wèn)題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

在集群中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能和數(shù)據(jù)庫(kù)組成一個(gè)獨(dú)立且完整的應(yīng)用。Quartz通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)調(diào)度當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)或停止是相互獨(dú)立的行為，它們之間沒(méi)有任何通信。Quartz集群在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)下，由數(shù)據(jù)庫(kù)中保存狀態(tài)來(lái)判斷調(diào)度任務(wù)是否正在執(zhí)行，并且其他節(jié)點(diǎn)不能執(zhí)行正在執(zhí)行中的任務(wù)，這樣就保證了該任務(wù)的實(shí)例在集群中是單實(shí)例運(yùn)行的，并且集群中分配任務(wù)是按照負(fù)載均衡策略來(lái)進(jìn)行[5，6]。當(dāng)任務(wù)在其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)中運(yùn)行失敗，數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)有狀態(tài)的記錄，并且馬上重新分配到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)中啟動(dòng)運(yùn)行，這樣便保證了任務(wù)的高可用性。

3 分布式爬蟲(chóng)系統(tǒng)

3.1 分布式系統(tǒng)搭建

搭建基于Quartz的集群，首先要建立數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。運(yùn)行官方網(wǎng)站docs/dbTables[3]路徑下的腳本文件，在mysql中創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的11張表，如圖1所示，它是實(shí)現(xiàn)集群的基礎(chǔ)。

其次需要編寫(xiě)Quartz對(duì)應(yīng)的配置文件，可以在quartz.properties配置，也可以把配置文件寫(xiě)到對(duì)應(yīng)的configuration中。在配置中特別需要注意isClustered 必須設(shè)置為T(mén)rue，否則不能實(shí)現(xiàn)分布式集群。

最后就是定義實(shí)現(xiàn)Job接口的爬蟲(chóng)任務(wù)類(lèi)，配置Crawler4j，把對(duì)應(yīng)的配置放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。如圖2所示，當(dāng)任務(wù)啟動(dòng)時(shí)就去數(shù)據(jù)庫(kù)獲取對(duì)應(yīng)任務(wù)Crawler4j配置，添加到Crawler4j的框架中。用SpringBoot來(lái)集成Quartz，啟動(dòng)SpringBoot就能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的定時(shí)任務(wù)。

3.2 定制化任務(wù)實(shí)現(xiàn)

為了滿足定制化任務(wù)[7]的需要，以及實(shí)現(xiàn)管理端對(duì)爬蟲(chóng)任務(wù)的管理和監(jiān)控，在數(shù)據(jù)庫(kù)表中設(shè)計(jì)了t_crawler_task（任務(wù)）表和t_sched_card（令牌）表。利用這兩張表可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的增刪改查，同時(shí)滿足對(duì)任務(wù)的定制化，比如需要對(duì)定時(shí)實(shí)現(xiàn)定制化，只需在cron字段填上定制化的時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)定時(shí)任務(wù)的定制化。

Quartz實(shí)現(xiàn)定時(shí)調(diào)度系統(tǒng)是將任務(wù)開(kāi)發(fā)和任務(wù)調(diào)度進(jìn)行分離[6]。開(kāi)發(fā)人員不需要考慮任務(wù)的調(diào)度問(wèn)題，只需要考慮任務(wù)需要爬取什么數(shù)據(jù)，然后實(shí)現(xiàn)Job接口即可。任務(wù)調(diào)度可以根據(jù)任務(wù)自身的情況進(jìn)行設(shè)置，可以在爬蟲(chóng)管理系統(tǒng)中配置，也可以直接配置在數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)SpringBoot容器啟動(dòng)后，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)所有實(shí)現(xiàn)Job接口的類(lèi)，并將其初始化為實(shí)例，在初始化過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)讀取每個(gè)Job任務(wù)已經(jīng)設(shè)置好的調(diào)度信息，而后根據(jù)配置好的調(diào)度信息進(jìn)行有序調(diào)度[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)Crawler4j和Quartz來(lái)搭建分布式定時(shí)爬蟲(chóng)系統(tǒng)，分布式節(jié)點(diǎn)數(shù)量理論上不受限制，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)中的代碼、配置和部署都一模一樣。在集群中任務(wù)的數(shù)目可以成百上千，同時(shí)每一個(gè)任務(wù)可以在Crawler4j中配置多線程，從而大大提高了爬蟲(chóng)的效率。目前實(shí)現(xiàn)的分布式系統(tǒng)穩(wěn)定，超過(guò)半年沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)宕機(jī)的情況，而且開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，高效。

當(dāng)然該分布式系統(tǒng)依然存在一些不足需要改進(jìn)：

（1）本系統(tǒng)還需要開(kāi)發(fā)爬蟲(chóng)管理系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)控和管理爬蟲(chóng)任務(wù)。

（2）爬蟲(chóng)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)更加通用的解析頁(yè)面方式，以便能夠快速地通過(guò)修改配置文件而不是重新修改對(duì)應(yīng)的代碼來(lái)解決眾多渠道改版所帶來(lái)的爬蟲(chóng)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[2]https：//github.com/yasserg/crawler4j[EB/OL].

[3]http：//www.quartz-scheduler.org/[EB/OL].

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[5]段子飛.支持Ajax的Deep Web網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華南理工大學(xué)，2015.

[6]魏麗娟.基于hadoop的網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)技術(shù)研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.

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