Python自动化开发学习-TinyScrapy

这里通过代码一步一步的演变，最后完成的是一个精简的Scrapy。在Scrapy内部，基本的流程就是这么实现的。主要是为了能通过学习了解Scrapy大致的流程，对之后再要去看Scrapy的源码也是有帮助的。

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Twisted使用

因为Scrapy是基于Twisted实现的，所以先看Twisted怎么用

基本使用

基本使用的示例：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor

# 所有任务完成后的回调函数
def all_done(arg):
    """所有爬虫执行完后执行，循环终止"""
    print("All Done")
    reactor.stop()

# 单个任务的回调函数
def callback(contents):
    """每个爬虫获取到结果后执行"""
    print(contents)

deferred_list = []

url_list = [
    'http://www.bing.com',
    'http://www.baidu.com',
    'http://edu.51cto.com',
]

for url in url_list:
    deferred = getPage(bytes(url, encoding='utf-8'))
    deferred.addCallback(callback)
    deferred_list.append(deferred)

dlist = defer.DeferredList(deferred_list)
dlist.addBoth(all_done)

if __name__ == '__main__':
    reactor.run()

在for循环里，创建了对象，还给对象加了回调函数，这是单个任务完成后执行的。此时还没有进行下载，而是把所有的对象加到一个列表里。
之后的defer.DeferredList的调用，才是执行所有的任务。并且又加了一个回调函数all_done，这个是所有任务都完成后才执行的。

基于装饰器1

基于装饰器也可以实现，下面的代码是基于上面的示例做了简单的转换：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor

def all_done(arg):
    print("All Done")
    reactor.stop()

def one_done(response):
    print(response)

@defer.inlineCallbacks
def task(url):
    deferred = getPage(bytes(url, encoding='utf-8'))
    deferred.addCallback(one_done)
    yield deferred

deferred_list = []

url_list = [
    'http://www.bing.com',
    'http://www.baidu.com',
    'http://edu.51cto.com',
]

for url in url_list:
    deferred = task(url)
    deferred_list.append(deferred)

dlist = defer.DeferredList(deferred_list)
dlist.addBoth(all_done)

if __name__ == '__main__':
    reactor.run()

把原来for循环里的2行代码封装的了一个task函数里，并且加了装饰器。
这个task函数有3个要素：装饰器、deferred对象、通过yield返回返回对象。这个是Twisted里标准的写法。

基于装饰器2

在上面的示例的基础上，把整个for循环都移到task函数里了：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor

def all_done(arg):
    print("All Done")
    reactor.stop()

def one_done(response):
    print(response)

@defer.inlineCallbacks
def task():
    for url in url_list:
        deferred = getPage(bytes(url, encoding='utf-8'))
        deferred.addCallback(one_done)
        yield deferred

url_list = [
    'http://www.bing.com',
    'http://www.baidu.com',
    'http://edu.51cto.com',
]

ret = task()
ret.addBoth(all_done)

if __name__ == '__main__':
    reactor.run()

上面说个的3要素：装饰器、deferred对象、yield都有。

基于装饰器永不退出

在前面的示例中，每完成一个任务，就会返回并执行一个回调函数one_done。所有任务如果都返回了，程序就会退出（退出前会执行回调函数all_done）。
这里所做的，就是添加一个不会返回的任务，这样程序的一直不会退出了：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor

def all_done(arg):
    print("All Done")
    reactor.stop()

def one_done(response):
    print(response)

@defer.inlineCallbacks
def task():
    for url in url_list:
        deferred = getPage(bytes(url, encoding='utf-8'))
        deferred.addCallback(one_done)
        yield deferred
    # 下面的这个任务永远不会完成
    stop_deferred = defer.Deferred()  # 这是一个空任务，不会去下载，所以永远不会返回
    # stop_deferred.callback(None)  # 执行这句可以让这个任务返回
    stop_deferred.addCallback(lambda s: print(s))
    stop_deferred.callback("stop_deferred")
    yield stop_deferred

url_list = [
    'http://www.bing.com',
    'http://www.baidu.com',
    'http://edu.51cto.com',
]

ret = task()
ret.addBoth(all_done)

if __name__ == '__main__':
    reactor.run()

这里的做法，就是加了一个额外的任务。要求返回的是Deferred对象，这里就创建了一个空的Deferred对象，并把这个对象返回。
在这里，我们并没有让这个空的Deferred对象去下载，所以也就永远不会有返回。
永不退出的意义
这里目的就是不让程序退出，让这个事件循环一直在那里执行。之后还可以继续往里面添加任务，然后执行新的任务。
程序退出的方法
还是可以让程序退出的。就是调用stop_deferred的callback方法，在上面的代码里注释掉了。执行这个方法，就是强制执行该任务的回调函数。
之前都是等任务执行完返回后，会自动调用callback方法，这里就是强制调用了。
并且由于代码里没有为stop_deferred指定回调函数，所有调用方法后不会执行任何函数。不过调用callback方法必须有一个参数，这里随便写个就好了。
也可以给stop_deferred加一个回调函数，然后再调用callback方法：

stop_deferred.addCallback(lambda s: print(s))
stop_deferred.callback("stop_deferred")

Scrapy里的做法
这就是Scrapy里运行完终止的逻辑。第一次只有一个url，执行完就返回了，并且此时应该是所有任务都返回了，那么就会退出程序。
在Scrapy里，也是这样加了一个永远不会返回的任务，不让程序退出。然后之前的结果返回后，又会生成新的任务到调度器，这样就会动态的添加任务继续执行。
要让程序可以退出，这里还需要做一个检测。在下载完成之后的回调函数里，会生成新的任务继续给执行。这里可以执行2个回调函数。
第一个回调函数就是生成新的任务放入调度器，第二个回调函数就是检测等待执行的任务的数量，以及正在执行的任务数量。如果都是0，表示程序可以结束了。
程序结束的方法就是上面的用的调用执行callback方法。

执行完毕后停止事件循环

基于上面的说的，这里的代码实现了全部任务执行完毕后可以调用stop_deferred的callback方法来退出：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor

task_list = []
stop_deferred = None

def all_done(arg):
    print("All Done")
    reactor.stop()

def one_done(response):
    print(response)

def check_empty(response, *args, **kw):
    url = kw.get('url')
    if url in running_list:
        running_list.remove(url)
    if not running_list:
        stop_deferred.callback()

@defer.inlineCallbacks
def task():
    global running_list, stop_deferred  # 全局变量
    running_list = url_list.copy()
    for url in url_list:
        deferred = getPage(bytes(url, encoding='utf-8'))
        deferred.addCallback(one_done)
        deferred.addCallback(check_empty, url=url)
        yield deferred
    stop_deferred = defer.Deferred()
    yield stop_deferred

url_list = [
    'http://www.bing.com',
    'http://www.baidu.com',
    'http://edu.51cto.com',
]

ret = task()
ret.addBoth(all_done)

if __name__ == '__main__':
    reactor.run()

代码优化

上面的代码功能上都实现了，但是实现方法有点不太好。
首先，task函数里分成了两部分，一部分是我们自己调度的任务，一部分是为了不让程序退出，而加的一个空任务。可以把这两部分拆开放在两个函数里。分拆之后，只有第一部分的函数是需要留给用户使用的。下面是把原来的task函数分拆后的代码，并且每个函数也都需要加上装饰器：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor

task_list = []
stop_deferred = None

def all_done(arg):
    print("All Done")
    reactor.stop()

def one_done(response):
    print(response)

def check_empty(response, url):
    if url in running_list:
        running_list.remove(url)
    if not running_list:
        stop_deferred.callback()

@defer.inlineCallbacks
def open_spider():
    global running_list
    running_list = url_list.copy()
    for url in url_list:
        deferred = getPage(bytes(url, encoding='utf-8'))
        deferred.addCallback(one_done)
        deferred.addCallback(check_empty, url)
        yield deferred

@defer.inlineCallbacks
def stop():
    global stop_deferred
    stop_deferred = defer.Deferred()
    yield stop_deferred

@defer.inlineCallbacks
def task():
    yield open_spider()
    yield stop()

url_list = [
    'http://www.bing.com',
    'http://www.baidu.com',
    'http://edu.51cto.com',
]

ret = task()
ret.addBoth(all_done)

if __name__ == '__main__':
    reactor.run()

另外还有全局变量的问题，这里的代码使用了全部变量，这不是一个好的做法。再改下去需要引入class了。

模拟Scrapy

从这里开始，就要使用面向对象的方法，进一步进行封装了。

封装部分

先把之前主要的代码封装到类里：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor
import queue

class Request(object):
    """封装请求的url和回调函数"""
    def __init__(self, url, callback):
        self.url = url
        self.callback = callback

class Scheduler(object):
    """调度器"""
    def __init__(self, engine):
        self.engine = engine
        self.q = queue.Queue()

    def enqueue_request(self, request):
        """添加任务"""
        self.q.put(request)

    def next_request(self):
        """获取下一个任务"""
        try:
            req = self.q.get(block=False)
        except queue.Empty:
            req = None
        return req

    def size(self):
        return self.q.qsize()

class ExecutionEngine(object):
    """引擎"""
    def __init__(self):
        self._close_wait = None  # stop_deferred
        self.start_requests = None
        self.scheduler = Scheduler(self)
        self.in_progress = set()  # 正在执行中的任务

    def _next_request(self):
        while self.start_requests:
            request = next(self.start_requests, None)
            if request:
                self.scheduler.enqueue_request(request)
            else:
                self.start_requests = None
        while len(self.in_progress) < 5 and self.scheduler.size() > 0:  # 最大编发为5
            request = self.scheduler.next_request()
            if not request:
                break
            self.in_progress.add(request)
            d = getPage(bytes(request.url, encoding='utf-8'))
            # addCallback是正确返回的时候执行，还有addErrback是返回有错误的时候执行
            # addBoth就是上面两种情况返回都会执行
            d.addBoth(self._handle_downloader_output, request)
            d.addBoth(lambda x, req: self.in_progress.remove(req), request)
            d.addBoth(lambda x: self._next_request())
        if len(self.in_progress) == 0 and self.scheduler.size() == 0:
            self._close_wait.callback(None)

    def _handle_downloader_output(self, response, request):
        import types
        gen = request.callback(response)
        if isinstance(gen, types.GeneratorType):  # 是否为生成器类型
            for req in gen:
                # 这里还可以再加判断，如果是request对象则继续爬取
                # 如果是item对象，则可以交给pipline
                self.scheduler.enqueue_request(req)

    @defer.inlineCallbacks
    def open_spider(self, start_requests):
        self.start_requests = start_requests
        yield None
        reactor.callLater(0, self._next_request)  # 过多少秒之后，执行后面的函数

    @defer.inlineCallbacks
    def start(self):
        """原来的stop函数"""
        self._close_wait = defer.Deferred()
        yield self._close_wait

@defer.inlineCallbacks
def crawl(start_requests):
    """原来的task函数"""
    engine = ExecutionEngine()
    start_requests = iter(start_requests)
    yield engine.open_spider(start_requests)
    yield engine.start()

def all_done(arg):
    print("All Done")
    reactor.stop()

def one_done(response):
    print(response)

count = 0
def chouti(response):
    """任务返回后生成新的Request继续交给调度器执行"""
    global count
    count += 1
    print(response)
    if count > 3:
        return None
    for i in range(10):
        yield Request("http://dig.chouti.com/all/hot/recent/%s" % i, lambda x: print(len(x)))

if __name__ == '__main__':
    url_list = [
        'http://www.bing.com',
        'https://www.baidu.com',
        'http://edu.51cto.com',
    ]
    requests = [Request(url, callback=one_done) for url in url_list]
    # requests = [Request(url, callback=chouti) for url in url_list]
    ret = crawl(requests)
    ret.addBoth(all_done)
    reactor.run()

这里还写了一个回调函数chouti，可以在爬虫返回后，生成新的Request继续爬取。为了控制这个回调函数的调用，又加了一个全局变量。
接下来会对这部分函数继续封装，把所有的代码都封装到类里。
闭包解决全局变量
这里的部分是我自己尝试的思考。
其实还可以通过闭包的方法。通过闭包来保存函数的状态，而不使用全局变量：

def chouti2():
    n = 0

    def func(response):
        print(response)
        nonlocal n
        n += 1
        if n > 3:
            return None
        for i in range(10):
            yield Request("http://dig.chouti.com/all/hot/recent/%s" % i, lambda x: print(len(x)))
    return func

if __name__ == '__main__':
    url_list = [
        'http://www.bing.com',
        'https://www.baidu.com',
        'http://edu.51cto.com',
    ]
    # requests = [Request(url, callback=one_done) for url in url_list]
    # requests = [Request(url, callback=chouti) for url in url_list]
    callback = chouti2()
    requests = [Request(url, callback=callback) for url in url_list]
    ret = crawl(requests)
    ret.addBoth(all_done)
    reactor.run()

完全封装

上面的示例还有几个函数，继续把剩下的函数也封装到类里。下面的这个就是TinyScrapy：

from twisted.web.client import getPage, defer
from twisted.internet import reactor
import queue

class Request(object):
    """封装请求的url和回调函数"""
    def __init__(self, url, callback=None):
        self.url = url
        self.callback = callback  # 默认是None，则会去调用Spider对象的parse方法

class Scheduler(object):
    """调度器"""
    def __init__(self, engine):
        self.engine = engine
        self.q = queue.Queue()

    def enqueue_request(self, request):
        """添加任务"""
        self.q.put(request)

    def next_request(self):
        """获取下一个任务"""
        try:
            req = self.q.get(block=False)
        except queue.Empty:
            req = None
        return req

    def size(self):
        return self.q.qsize()

class ExecutionEngine(object):
    """引擎"""
    def __init__(self):
        self._close_wait = None  # stop_deferred
        self.start_requests = None
        self.scheduler = Scheduler(self)
        self.in_progress = set()  # 正在执行中的任务
        self.spider = None  # 在open_spider方法里添加

    def _next_request(self):
        while self.start_requests:
            request = next(self.start_requests, None)
            if request:
                self.scheduler.enqueue_request(request)
            else:
                self.start_requests = None
        while len(self.in_progress) < 5 and self.scheduler.size() > 0:  # 最大编发为5
            request = self.scheduler.next_request()
            if not request:
                break
            self.in_progress.add(request)
            d = getPage(bytes(request.url, encoding='utf-8'))
            # addCallback是正确返回的时候执行，还有addErrback是返回有错误的时候执行
            # addBoth就是上面两种情况返回都会执行
            d.addBoth(self._handle_downloader_output, request)
            d.addBoth(lambda x, req: self.in_progress.remove(req), request)
            d.addBoth(lambda x: self._next_request())
        if len(self.in_progress) == 0 and self.scheduler.size() == 0:
            self._close_wait.callback(None)

    # 这个方法和之前的有一点小的变化，主要是用到了新定义的Response对象
    def _handle_downloader_output(self, body, request):
        import types
        response = Response(body, request)
        # 如果没有指定callback就调用Spider类的parse方法
        func = request.callback or self.spider.parse
        gen = func(response)
        if isinstance(gen, types.GeneratorType):  # 是否为生成器类型
            for req in gen:
                # 这里还可以再加判断，如果是request对象则继续爬取
                # 如果是item对象，则可以交给pipline
                self.scheduler.enqueue_request(req)

    @defer.inlineCallbacks
    def open_spider(self, spider, start_requests):
        self.start_requests = start_requests
        self.spider = spider  # 加了这句
        yield None
        reactor.callLater(0, self._next_request)  # 过多少秒之后，执行后面的函数

    @defer.inlineCallbacks
    def start(self):
        """原来的stop函数"""
        self._close_wait = defer.Deferred()
        yield self._close_wait

class Response(object):
    def __init__(self, body, request):
        self.body = body
        self.request = request
        self.url = request.url

    @property
    def text(self):
        return self.body.decode('utf-8')

class Crawler(object):
    def __init__(self, spider_cls):
        self.spider_cls = spider_cls
        self.spider = None
        self.engine = None

    @defer.inlineCallbacks
    def crawl(self):
        self.engine = ExecutionEngine()
        self.spider = self.spider_cls()
        start_requests = iter(self.spider.start_requests())
        yield self.engine.open_spider(self.spider, start_requests)
        yield self.engine.start()

class CrawlerProcess(object):
    def __init__(self):
        self._active = set()
        self.crawlers = set()

    def crawl(self, spider_cls, *args, **kwargs):
        crawler = Crawler(spider_cls)
        self.crawlers.add(crawler)
        d = crawler.crawl(*args, **kwargs)
        self._active.add(d)
        return d

    def start(self):
        dl = defer.DeferredList(self._active)
        dl.addBoth(self._stop_reactor)
        reactor.run()

    @classmethod
    def _stop_reactor(cls, _=None):
        """原来的all_done函数
        之前的示例中，这个函数都是要接收一个参数的。
        虽然不用，但是调用的模块一定会传过来，所以一定要接收一下。
        这里就用了占位符来接收这个参数，并且设置了默认值None。
        """
        print("All Done")
        reactor.stop()

class Spider(object):
    def __init__(self):
        if not hasattr(self, 'start_urls'):
            self.start_urls = []

    def start_requests(self):
        for url in self.start_urls:
            yield Request(url)

    def parse(self, response):
        print(response.body)

class ChoutiSpider(Spider):
    name = "chouti"
    start_urls = ["http://dig.chouti.com"]

    def parse(self, response):
        print(next((s for s in response.text.split('\n') if "