基于Java的低代碼主題爬蟲的設(shè)計與實現(xiàn)

張夢元 劉莉

摘要：網(wǎng)頁數(shù)據(jù)提取是人工智能與大數(shù)據(jù)相關(guān)課題學(xué)習(xí)與研究的一項重要內(nèi)容。為了減輕編寫主題網(wǎng)絡(luò)爬蟲程序工作，該文在主題爬蟲的基礎(chǔ)原理上，設(shè)計一套通用的Java爬蟲程序。程序抽象了下載模塊、內(nèi)容處理模塊和結(jié)果操作等核心內(nèi)容，通過注解或xml配置等低代碼方式，即可實現(xiàn)不同主題內(nèi)容爬取工作。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；Java；主題爬蟲；低代碼

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）30-0033-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 引言

大數(shù)據(jù)與人工智能是國家高度重視的熱門研究領(lǐng)域[1]。中國開展教學(xué)研究的高校多，從事相關(guān)科研工作和學(xué)習(xí)的人員基數(shù)大。在從事這些工作和學(xué)習(xí)中，收集相關(guān)的領(lǐng)域數(shù)據(jù)是必要的環(huán)節(jié)。目前市面上有一些開源的數(shù)據(jù)可供學(xué)習(xí)使用，但大部分研究領(lǐng)域數(shù)據(jù)被相關(guān)行業(yè)少數(shù)公司掌握，并不對外開放，給相關(guān)研究學(xué)習(xí)造成了極大的困難。而通過人工的方式從網(wǎng)頁提取數(shù)據(jù)費時費力，極大影響研究和學(xué)習(xí)動力。因此在不進(jìn)行商業(yè)盈利和違背法律與爬蟲規(guī)則的前提下，開發(fā)一些數(shù)據(jù)爬取工具成為當(dāng)前數(shù)據(jù)采集的一個主要途徑[2]。然而，這類的開發(fā)工作有一定的領(lǐng)域門檻，而且開發(fā)程序大多都是一次性的，對于其他主題的研究無法重復(fù)利用。因此，設(shè)計一套低代碼的主題爬蟲工具，以期沒有爬蟲領(lǐng)域知識的需求者也能完成相關(guān)主題內(nèi)容數(shù)據(jù)的抓取。

2 爬蟲的概率和原理

2.1 網(wǎng)絡(luò)爬蟲的概念

網(wǎng)絡(luò)爬蟲也叫蜘蛛程序。因為互聯(lián)網(wǎng)和蜘蛛網(wǎng)一樣，縱橫交錯。數(shù)據(jù)存儲在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的主機(jī)上。網(wǎng)絡(luò)爬蟲就如同蜘蛛一樣，在各個主機(jī)節(jié)點游走，獲取需要的數(shù)據(jù)信息。目前將其分為四類，分別是通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲，聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲，增量式網(wǎng)絡(luò)爬蟲，深層網(wǎng)絡(luò)爬蟲[3]。本文研究的主題爬蟲屬于聚焦爬蟲這一類，主要是爬取一些預(yù)定的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)。由于只訪問一些特定的網(wǎng)頁，對網(wǎng)絡(luò)資源的影響較小。

2.2 主題爬蟲的主要原理

主題網(wǎng)絡(luò)爬蟲是利用程序代替瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送一些特定的地址請求，從而獲取到目標(biāo)數(shù)據(jù)。其主要流程是首先下載用戶提供起始頁面，獲取頁面數(shù)據(jù)和處理相關(guān)信息，然后將網(wǎng)頁內(nèi)鏈接進(jìn)行主題相關(guān)度計算，最后根據(jù)搜索策略進(jìn)行下一次鏈接請求與數(shù)據(jù)獲取[4-5]。其主要流程如圖1所示。

2.3 低代碼開發(fā)概念

低代碼（low code）的核心理念是用少量代碼，或者不寫代碼來進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。由此帶來的優(yōu)勢有：降低開發(fā)門檻；減少開發(fā)成本；快速實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能；系統(tǒng)功能更穩(wěn)定，維護(hù)性更好。低代碼開發(fā)分為傳統(tǒng)的軟件開發(fā)、輕量級無代碼、企業(yè)級低代碼等開發(fā)形態(tài)[6]，其開發(fā)模式的場景適應(yīng)性從左到右依次增強(qiáng)。

輕量級無代碼開發(fā)模式以表單驅(qū)動，主要是通過預(yù)先設(shè)定程序規(guī)則，由應(yīng)用開發(fā)人員或者業(yè)務(wù)人員通過圖形化界面配置規(guī)則或者直接編輯配置規(guī)則方式來實現(xiàn)具體業(yè)務(wù)。

3 爬蟲的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 爬蟲設(shè)計

根據(jù)爬蟲業(yè)務(wù)需求，給網(wǎng)絡(luò)爬蟲設(shè)計下面幾個模塊：下載器（Download）模塊，內(nèi)容解析器（ContentsResolver）模塊，控制器（SpiderController）模塊，結(jié)果處理器（Dao）模塊，整體架構(gòu)如圖2所示。

1）SpiderApplication

SpiderApplication是爬蟲程序應(yīng)用上下文的引導(dǎo)類，通過運行它的run方法啟動爬蟲應(yīng)用。其主要流程為加載下載器、內(nèi)容解析器等實體對象；實例化爬蟲控制器，初始化下載監(jiān)聽器、內(nèi)容處理監(jiān)聽器、結(jié)果處理監(jiān)聽器；初始化下載隊列，啟動下載線程；初始化內(nèi)容解析隊列，啟動內(nèi)容解析線程；初始化結(jié)果處理隊列，啟動結(jié)果處理線程。

2）Downloader

數(shù)據(jù)下載模塊根據(jù)傳遞地址信息拉取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成page對象，并將page對象添加到待處理數(shù)據(jù)隊列。下載器是爬蟲的通用模塊，后續(xù)實現(xiàn)其他主題爬蟲可以重復(fù)利用。處理主要問題構(gòu)建爬蟲與服務(wù)間的會話，如登錄問題等；確保數(shù)據(jù)可靠下載，如下載恢復(fù)與重試；正確處理文件編碼，并正確解析為html文檔對象。該模塊程序提供完整實現(xiàn)，大多數(shù)情況可直接使用，特定要求也支持重載式擴(kuò)展。其主要流程為首先獲取站點配置信息，包括請求頭、useragent、用戶名、密碼，接著建立與站點會話，如需登錄則根據(jù)配置信息登錄，然后下載請求數(shù)據(jù)，如下載失敗重新添加請求隊列，并記錄重試次數(shù)，超過重試次數(shù)則丟棄，最后解析數(shù)據(jù)編碼，根據(jù)編碼轉(zhuǎn)換成html文檔保存到page對象。

3）ContentsResolver

內(nèi)容解析器完成對數(shù)據(jù)的分析處理。調(diào)度器在處理數(shù)據(jù)隊列數(shù)據(jù)過程中會根據(jù)page數(shù)據(jù)或?qū)?yīng)的地址信息請求獲取具體解析器對象，由具體解析器實際處理數(shù)據(jù)對象。程序定義兩種類型的通用解析對象抽象，第一種是鏈接解析器，即識別并返回后續(xù)需處理地址信息，并交由控制器將地址添加到請求隊列。第二種是目標(biāo)數(shù)據(jù)解析器，提取page中關(guān)鍵信息，后續(xù)交由結(jié)果處理模塊進(jìn)行相應(yīng)處理。處理器需在程序初始化過程中注冊到應(yīng)用上下文，程序?qū)崿F(xiàn)IOC注冊框架，實現(xiàn)注冊過程可配置化；程序?qū)崿F(xiàn)解析器可配置式或注解式編寫功能，實現(xiàn)低代碼式爬蟲程序定制。主要流程為用戶編寫或配置內(nèi)容處理器，程序啟動，獲取配置信息，初始化到應(yīng)用上下文，然后程序調(diào)度數(shù)據(jù)處理隊列過程中，根據(jù)page信息獲取對應(yīng)處理器，處理器解析數(shù)據(jù)，返回對應(yīng)信息，最后控制器根據(jù)放回數(shù)據(jù)類型交由對應(yīng)模塊處理。

4）SpiderController

任務(wù)控制器模塊實現(xiàn)爬蟲地址處理邏輯，下載數(shù)據(jù)（page）處理邏輯與結(jié)果（bean）處理邏輯。通過實現(xiàn)下載回調(diào)接口，數(shù)據(jù)處理回調(diào)接口，結(jié)果處理回調(diào)接口并向下載線程、數(shù)據(jù)處理線程、結(jié)果處理線程添加監(jiān)聽器事件實現(xiàn)信息處理邏輯。記錄處理過程中的關(guān)鍵日志。其中下載調(diào)度需實現(xiàn)對下載鏈接信息的去重與持久化工作，持久化的目的是應(yīng)用程序結(jié)束后重啟能夠恢復(fù)前期下載狀態(tài)。

5）Dao

數(shù)據(jù)處理模塊主要是用來處理提取后的數(shù)據(jù)，一般用來保存數(shù)據(jù)，如保存文件和數(shù)據(jù)庫，同時支持對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步統(tǒng)計或過濾等功能擴(kuò)展需求。程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫與文件配置支持。

3.2 功能實現(xiàn)

3.2.1 下載器模塊的實現(xiàn)

Java有許多成熟網(wǎng)絡(luò)請求框架，程序基于httpclient框架實現(xiàn)。下載器抽象接口定義如下：

public interface Downloader {

public Page download （ String url ）;

}

可通過接口擴(kuò)展實現(xiàn)不同下載器，通過SpiderApplication的setDownloader進(jìn)行配置，同時支持xml配置文件。

下載器在頁面下載結(jié)束后將其轉(zhuǎn)換成Document文檔對象。頁面解析采用Jsoup框架，該框架支持DOM，CSS方式對頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，后續(xù)用戶根據(jù)需求可簡單通過低代碼方式擴(kuò)展相應(yīng)的內(nèi)容處理器，實現(xiàn)不同主題爬蟲任務(wù)。下載器主要代碼如下：

@com.spider.anotation.Downloader//注解下載器

public class HttpClientDownloader implements Downloader{

@Override

public Page download （ String url ） {

//1、初始化httpClient對象

HttpClient httpClient =? getHttpClient（）;

//2、構(gòu)建鏈接，發(fā)送訪問請求

httpResponse = httpClient.execute （ getHttpUriRequest（），getHttpClientContext（））;

//3、獲取與解析放回數(shù)據(jù)

//4、解析數(shù)據(jù)，生成page對象

page = handleResponse （ request ，? getCharset（） ， httpResponse）;

//5、回調(diào)控制器結(jié)果處理邏輯

onSuccess （ request ）;

return null;

}

}

3.2.2 內(nèi)容處理器的實現(xiàn)

內(nèi)容處理器是實現(xiàn)不同主題爬蟲的關(guān)鍵，程序?qū)ζ涑橄笕缦拢?/p>

public interface ContentResolver {

public List doResolve （ Page page ）;

}

接口返回泛型T，如果處理鏈接解析器，則返回鏈接字符串。如果處理內(nèi)容，則可以是用戶定義的數(shù)據(jù)實體類。

該設(shè)計目的是實現(xiàn)具體爬蟲任務(wù)，可以方便進(jìn)行擴(kuò)展。同時為了降低編寫門檻，程序提供了基于注解或者xml的低代碼配置方式。爬蟲控制器依據(jù)page的url信息，查找對應(yīng)的內(nèi)容處理器Resolver。Resolver在應(yīng)用程序啟動時，由SpiderApplication初始化。通過Resolver注解被程序識別，通過type字段設(shè)置處理器類型，默認(rèn)類型為鏈接處理器。被標(biāo)識為處理器類需指定SourceUrl注解，控制器將根據(jù)value字段來匹配對應(yīng)內(nèi)容處理器，value支持正則表達(dá)式匹配方式進(jìn)行模糊匹配。數(shù)據(jù)解析器需定義返回數(shù)據(jù)實體方法，數(shù)據(jù)實體字段通過Select注解標(biāo)識，Select為抽取規(guī)則的封裝，基于Jsoup框架實現(xiàn)文檔解析，實現(xiàn)Css、Xpath數(shù)據(jù)提取，同時支持Java正則表達(dá)式。Select通過type指定解析類型，通過value設(shè)定解析參數(shù)。

3.2.3 控制器實現(xiàn)主要邏輯

public class SpiderController implements DownloadListener ， ResolveListener {

@Override

public void onDownloadSuccess（String path， Page page） {

//1、記錄下載完成信息

//2、獲取并設(shè)置內(nèi)容處理對象

//3、添加內(nèi)容解析隊列

}

@Override

public void onDownloadFail（String path， Result result） {

// 1、記錄失敗信息

// 2、根據(jù)規(guī)則丟棄或者重新排隊下載

}

@Override

public void onResolveSuccess（DataInfo bean） {

//1、記錄內(nèi)容解析完成信息

//2、添加結(jié)果處理隊列

}

@Override

public void onResolveFail（Page page， Result result） {

//增加失敗日志

}

}

3.2.4 結(jié)果處理程序?qū)崿F(xiàn)

數(shù)據(jù)處理抽象接口如下：

public interface Dao {

public void process（Object obj）;

}

由該接口派生文件保存，數(shù)據(jù)庫保存功能。文件保存將內(nèi)容處理結(jié)構(gòu)對象轉(zhuǎn)換成json字符串保存指定文件夾中，文件名為時間加鏈接哈希碼。數(shù)據(jù)庫保存通過ORM方式。程序定義Table，column注解，指定結(jié)果對象存儲對應(yīng)數(shù)據(jù)庫表與列。主要代碼邏輯如下：

public class OrmDao implements Dao{

@Override

public void process（Object obj） {

Class beanClass = obj.getClass（）;

if（beanClass.isAnnotationPresent（Table.class））{

//1、通過注解獲取表明，字段名

//2、生成對應(yīng)的sql語句

//3、通過jdbc保存到數(shù)據(jù)庫

}

}}

4 爬蟲應(yīng)用案例

4.1 案例分析與應(yīng)用

文化傳媒行業(yè)有大量應(yīng)用研究案例，比如票房預(yù)測、電影推薦等，這些研究內(nèi)容都是基于電影平臺數(shù)據(jù)[7-8]。以獲取豆瓣網(wǎng)《獨行月球》評論信息為例，可基于前文爬蟲框架簡易實現(xiàn)爬蟲程序。

該影片的主頁面為https：//movie.douban.com/subject/35183042/，評論信息頁面地址類似如下https：//movie. douban.com/subject/35183042/comments？status=P，評論信息分頁顯示，地址不變部分為https：//movie.douban.com/subject/35183042/comments。對應(yīng)實現(xiàn)地址處理代碼如下：

@Resolver （ id = "douban"）

@SourceUrl （"https：//movie.douban.com/subject/35183042/*"）

public class DoubanUrlResolver {

public String getUrlPattern（）{

return "https：//movie.douban.com/subject/35183042/comments*";

}

}

通過指定該地址處理Resolver，提取包含地址前綴的相關(guān)地址。SourceUrl指定處理主題地址前綴，避免抓取其他影片評論。此處非標(biāo)準(zhǔn)正則式，程序?qū)rl常見符號進(jìn)行轉(zhuǎn)義。

評論具體信息截取片段如下：

好消息是沈騰貢獻(xiàn)了最富層次的一次表演，壞消息是成片的質(zhì)量到底辜負(fù)了他。即便他以一己之力將小品升華成電影，但片中呈現(xiàn)的一切都是二手的，成了一件昂貴而蹩腳的A貨。

評論內(nèi)容包含在class為comment-item的div標(biāo)簽內(nèi)，一個頁面具有多條該類型信息，通過鏈接翻頁。對應(yīng)內(nèi)容處理代碼可設(shè)計如下：

@Resolver （ id = "doubanBean"，type = SpiderApplication.TYPE_CONTENT）

@SourceUrl （ "https：//movie.douban.com/subject/35183042/comments*"）

public class DoubanBeanResolver {

public DoubanComment getComment（）{

return new DoubanComment（）;

}

}

public class DoubanComment {

@Select （ value = ".comment-item "，? type =? Select.Type.Css）

private List comments;

}

通過type = SpiderApplication.TYPE_CONTENT指定為內(nèi)容處理器。SourceUrl指定該類型頁面交由該處理器分析。getComment（）函數(shù)指定數(shù)據(jù)對象，返回對象定義必須指定Select注解提取方式。由頁面內(nèi)容可知，通過.comment-item即可找出評論標(biāo)簽p。由于頁面存在該類型標(biāo)簽有多個，因此放回類型為列表，如果選擇內(nèi)容在頁面中唯一，則應(yīng)為字符串。同時程序也支持XPath與正則表達(dá)式的方式，用戶可根據(jù)實際情況靈活選擇。

4.2 案例結(jié)果展示

對獲取《獨行月球》的影評文本進(jìn)行分詞，利用WordCloud生成詞云如圖3所示。

5 結(jié)束語

以獲取《獨行月球》影評數(shù)據(jù)獲取為例，用戶通過分析頁面鏈接、頁面內(nèi)容，獲取數(shù)據(jù)基本特征。然后用注解的方式表示成對應(yīng)的ContentResolver，即可實現(xiàn)內(nèi)容的抓取工作，無須重復(fù)編寫具體解析、下載、保存與任務(wù)管理等業(yè)務(wù)邏輯。同時程序支持正則表達(dá)式、XPath、Css選擇等方式，基本滿足大部分頁面提取場景。應(yīng)用表明能極大減少用戶編寫主題爬蟲工作。程序目前并未實現(xiàn)圖形化界面配置的簡化方式，后期考慮增加該功能，以進(jìn)一步減少開發(fā)時間。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】