Zhihu-Spider

by moranzcw

moranzcw / Zhihu-Spider

一个获取知乎用户主页信息的多线程Python爬虫程序。

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Zhihu-Spider

一个获取知乎用户主页信息的多线程Python爬虫程序。

简介:

  • 使用Requests模拟HTTP请求/响应,Beautiful Soup 4提取页面信息。
  • 使用Python内置的Thread多线程和IP代理提升爬取速度,并绕过知乎的反爬虫机制。
  • 使用Python内置的query作为消息队列。
  • 用csv文件存储数据。

环境依赖

  • beautifulsoup4
  • requests

使用方法

在项目路径下输入以安装需要的模块:

$ pip install -r requirments.txt

打开proxy.py文件,在""处填写代理隧道验证信息:

# 代理隧道验证信息
proxyUser = ""
proxyPass = ""

(笔者使用一个IP代理隧道,若需要使用普通IP代理,则需要改写getproxies函数,关于代理的细节在后文中详述。)

运行:

$ python spider/run.py

数据

运行爬虫一段时间后,将会在项目目录下的datafile文件夹中找到存储数据的csv文件。

每个csv文件100MB,以方便数据分析,同时降低文件意外损坏带来的损失。

数据格式为典型的表格:

第一行为表头,表格一共三列:

  1. 第一列为用户的url token,即用户主页url中的id,如用户vczh的主页链接:https://www.zhihu.com/people/excited-vczh ,那么vczh的token就是excited-vczh,这个token具有唯一性。

  2. 第二列为对应用户的数据,数据是json格式的,因为知乎在页面中是以json来传送用户信息的,所以就直接存储了这个json,Python内置json读写函数,非常方便数据分析。

以下是整理格式后,用户vczh的数据:

   {
       "isFollowed":false,
       "educations":[
           {
               "major":{
                   "url":"http://www.zhihu.com/api/v4/topics/19590324",
                   "avatarUrl":"https://pic1.zhimg.com/e82bab09c_is.jpg",
                   "name":"软件学院",
                   "introduction":"",
                   "type":"topic",
                   "excerpt":"",
                   "id":"19590324"
               },
               "school":{
                   "url":"http://www.zhihu.com/api/v4/topics/19599737",
                   "avatarUrl":"https://pic2.zhimg.com/4d0d193a9_is.jpg",
                   "name":"华南理工大学(SCUT)",
                   "introduction":"华南理工大学(South China University of Technology)(原华南工学院,1952年建立):教育部直属的重点大学,涵盖理、工、管、经、文、法等多学科,先后成为“211工程”和“985工程”院校,被誉为中国“南方工科大学的一面旗帜”,“工程师的摇篮”,“企业家的摇篮”。校园分为两个校区,北校区位于广州市天河区五山高校区,南校区位于广州市番禺区广州大学城内。学校占地面积4417亩(其中南校区1677亩)。北校区湖光山色交相辉映,绿树繁花香飘四季,民族式建筑与现代化楼群错落有致,环境优美清新,文化底蕴深厚,是教育部命名的“文明校园”;南校区是一个环境优美、设施先进、管理完善、制度创新的现代化校园,是莘莘学子求学的理想之地。",
                   "type":"topic",
                   "excerpt":"华南理工大学(South China University of Technology)(原华南工学院,1952年建立):教育部直属的重点大学,涵盖理、工、管、经、文、法等多学科,先后成为“211工程”和“985工程”院校,被誉为中国“南方工科大学的一面旗帜”,“工程师的摇篮”,“企业家的摇篮”。校园分为两个校区,北校区位于广州市天河区五山高校区,南校区位于广州市番禺区广州大学城内。学校占地面积4417亩(其中南校区1677亩)。北校区湖光山色交相辉…",
                   "id":"19599737"
               }
           }
       ],
       "followingCount":2263,
       "voteFromCount":0,
       "userType":"people",
       "showSinaWeibo":false,
       "pinsCount":0,
       "isFollowing":false,
       "markedAnswersText":"编辑推荐",
       "isPrivacyProtected":false,
       "accountStatus":[

   ],
   "isForceRenamed":false,
   "id":"0970f947b898ecc0ec035f9126dd4e08",
   "favoriteCount":1,
   "voteupCount":1388515,
   "commercialQuestionCount":0,
   "isBlocking":false,
   "followingColumnsCount":73,
   "headline":"专业造轮子,拉黑抢前排。gaclib.net",
   "urlToken":"excited-vczh",
   "participatedLiveCount":6,
   "followingFavlistsCount":20,
   "isAdvertiser":false,
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   "isOrg":false,
   "followerCount":583782,
   "employments":[
       {
           "company":{
               "url":"http://www.zhihu.com/api/v4/topics/19557307",
               "avatarUrl":"https://pic3.zhimg.com/v2-d3a9ee5ba3a2fe711087787c6169dcca_is.jpg",
               "name":"Microsoft Office",
               "introduction":"Microsoft Office 是一套由微软开发的办公软件。",
               "type":"topic",
               "excerpt":"Microsoft Office 是一套由微软开发的办公软件。",
               "id":"19557307"
           },
           "job":{
               "url":"http://www.zhihu.com/api/v4/topics/19578588",
               "avatarUrl":"https://pic1.zhimg.com/e82bab09c_is.jpg",
               "name":"Developer",
               "introduction":"",
               "type":"topic",
               "excerpt":"",
               "id":"19578588"
           }
       }
   ],
   "type":"people",
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   "avatarUrlTemplate":"https://pic1.zhimg.com/3a6c25ac3864540e80cdef9bc2a73900_{size}.jpg",
   "followingTopicCount":34,
   "description":"长期开发跨三大PC平台的GUI库<br><a href="https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.gaclib.net" class=" external" target="_blank" rel="nofollow noreferrer"><span class="invisible">http://www.</span><span class="visible">gaclib.net</span><span class="invisible"></span><i class="icon-external"></i></a>,讨论QQ群:231200072(不闲聊)<br>不再更新的技术博客:<a href="https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.cppblog.com/vczh" class=" external" target="_blank" rel="nofollow noreferrer"><span class="invisible">http://www.</span><span class="visible">cppblog.com/vczh</span><span class="invisible"></span><i class="icon-external"></i></a>",
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       "url":"http://www.zhihu.com/api/v4/topics/19619368",
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   "voteToCount":0,
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   "answerCount":16163,
   "allowMessage":false,
   "articlesCount":66,
   "name":"vczh",
   "questionCount":487,
   "locations":[
       {
           "url":"http://www.zhihu.com/api/v4/topics/19583552",
           "avatarUrl":"https://pic4.zhimg.com/161f6ece791a4950ded3278fb74a2f9b_is.jpg",
           "name":"西雅图(Seattle)",
           "introduction":"西雅图是美国西北部最大的城市。多家高科技公司的总部(Microsoft, Amazon,Boeing 等等)坐落于此。",
           "type":"topic",
           "excerpt":"西雅图是美国西北部最大的城市。多家高科技公司的总部(Microsoft, Amazon,Boeing 等等)坐落于此。",
           "id":"19583552"
       }
   ],
   "badge":[

   ],
   "url":"http://www.zhihu.com/api/v4/people/0970f947b898ecc0ec035f9126dd4e08",
   "messageThreadToken":"4874924000",
   "logsCount":2365,
   "followingQuestionCount":26892,
   "thankedCount":176110,
   "gender":1

}

可以看到,用户vczh的大部分基本信息都被包含了。

  1. 第三列保存每个用户的关注用户列表,每个用户只保存20个,此列不用作为数据,只作为爬虫中断后恢复现场和任务队列的用处,分析数据时可以忽略。

程序介绍

程序文件结构

程序文件结构如下:

  • spider文件夹:爬虫程序文件
    • proxy.py: 包含getproxy()函数,用于获取代理服务器的IP地址和端口,调用一次返回一个代理IP。
    • crawl.py: 包含Crawl类,实现用户页面的获取和用户json信息的提取。
    • datafile.py: 包含DataFile类,实现数据文件的管理和存取。
    • run.py: 程序执行的主要流程,实现了多线程爬虫,其中一个Master线程管理已爬取列表和生成待爬取任务,并响应Worker线程返回的信息;若干Worker线程,数量可设置,用于爬取用户信息并存入数据文件中,同时向Master线程返回一个状态信息。
  • datafile文件夹:存储数据文件

程序流程

程序流程如下:

这个爬虫的策略是,选择一个用户作为起始点,获取他的关注列表,加入到任务队列中,作为之后将要爬取的用户,继续获取这些用户的关注列表,去重再加入任务队列,如此循环。把知乎的用户关系看作一个图的话,这个策略类似于广度优先搜索。

至于为什么使用关注列表而不是被关注列表,因为通常每个用户关注的用户都是有效用户,而被关注列表中往往存在三零用户,脚本注册的伪用户等,这类用户通常不被其他用户关注。所以这种策略能高效地筛选出知乎的有效用户。

代理

知乎拥有一定的反爬虫机制。在此案例中,知乎的用户页面不需要登录就能查看,所以需要解决的问题就是IP封锁。笔者简单测试,对于一个IP,每秒一次请求,大约5分钟后就会要求输入验证码,可以说非常严格,所以使用IP代理服务来解决IP封锁的问题。

一般来说,我们有两种解决方案,一种是自己搜集免费代理,建立一个IP代理池,第二种是直接使用付费代理服务。无论哪种,我们的获取代理IP并爬取目标网站的流程大致是这样:

通过IP代理服务请求一个IP,再使用这个IP代理服务器转发请求,获取页面。

笔者使用的IP代理服务略有区别,是一种IP代理隧道,流程大致是这样的:

对于爬虫来说,就省略了一个获取IP的步骤,只需要直接将请求发送到指定的IP代理服务就可以了。

如果需要使用使用上一种通用的IP代理模式,那么只需要再proxy.py中重写getproxies函数就可以了。

用户信息获取

通常一个请求/响应不能加载一个完整页面,所以需要一组请求/响应来完成html文本,JavaScript代码,图片/音频等资源文件的加载。不过这个爬虫案例中,我们在第一次请求/响应中获取的html文档就包含我们需要的所有信息。

以用户vczh为例,其主页为 https://www.zhihu.com/people/excited-vczh ,这个页面下还有anwsers,asks,posts等标签页,我们直接访问following(关注列表)标签页,即 https://www.zhihu.com/people/excited-vczh/following , 这样一次请求/响应即可同时获得用户信息和用户关注列表。

打开chrome调试工具,查看第一次请求/响应的详细内容:

得到html文本后,在html接近末尾的一个div标签中,有一个data-state属性,它用json存储了信息,我们需要的用户信息和用户关注列表都在其中:

数据存储

数据采用csv文件存储,对于pandas等数据分析工具,csv格式非常方便。

考虑到文件意外损坏的可能性,分多个文件存储,每个文件100MB。

由于程序使用了多线程,所以在存取数据时保证了线程安全。

并发

程序使用多线程来解决网络IO阻塞导致CPU空闲的问题。

由于Python原生解释器的GIL锁,Python的多线程只是在一个CPU上切换运行,而不是在多个CPU上并行运行,所以使用场景有一些限制。换句话说,对于一颗四核心的CPU,一个Python程序实例最高只有25%的占用率。

不过对于此爬虫案例,GIL锁并不是瓶颈,笔者测试,此程序在使用某个付费代理服务时,在200线程的情况下,能保持100请求/s的并发,CPU占用率约在17%-22%(笔记本四核i7),带宽占用不足1MB/s。

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