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Scrapy分布式爬虫搜索引擎

范文

刘思林

摘要：随着大数据时代的到来，信息的获取与检索尤为重要。如何在海量的数据中快速准确获取到我们需要的内容显得十分重要。通过对网络爬虫的研究和爬虫框架Scrapy的深入探索，结合Redis这种NoSQL数据库搭建分布式爬虫框架，并结合Django框架搭建搜索引擎网站，将从知乎，拉钩，伯乐等网站抓取的有效信息存入ElasticSearch搜索引擎中，供用户搜索获取。研究结果表明分布式网络爬虫比单机网络爬虫效率更高，内容也更丰富准确。

关键词：网络爬虫;Scrapy;分布式;Scrapy-Redis;Django;ElasticSearch

中图分类号：TP311? ? ?文献标识码：A? ? ?文章编号：1009-3044（2018）34-0186-03

1 引言

爬虫的应用领域非常广泛，目前利用爬虫技术市面上已经存在了比较成熟的搜索引擎产品，如百度，谷歌以及其他垂直领域搜索引擎，这些都是非直接目的的;还有一些推荐引擎，如今日头条，可以定向给用户推荐相关新闻;爬虫还可以用来作为机器学习的数据样本。

论文研究的主要目的是更加透彻的理解爬虫的相关知识;在熟练运用Python语言的基础上，更加深入的掌握开源的爬虫框架Scrapy，为后续其他与爬虫相关的业务奠定理论基础和数据基础;进一步理解分布式的概念，为大数据的相关研究和硬件条件奠定基础;熟练理解python搭建网站的框架Django，深入理解基于Lucene的搜索服务器ElasticSearch，最终在上述基本知识的基础上，搭建出一个简易版本的搜索引擎，实现从网络上爬取数据，存储到分布式的Redis数据库，并最终通过Django和ElasticSearch，实现搜索展现的目的。

2 爬虫基本原理

网络爬虫是一种按照一定规则，自动抓取万维网信息的程序或者脚本。如果把互联网比作一张大的蜘蛛网，数据便是存放于蜘蛛网的各个节点，而爬虫就是一只小蜘蛛，沿着网络抓取自己的猎物（数据）。爬虫指的是，向网站发起请求，获取资源后分析并提取有用数据的程序。

从技术层面来说就是通过程序模拟浏览器请求站点的行为，把站点返回的HTML代码，JSON数据，二进制数据（图片、视频）等爬到本地，进而提取自己需要的数据，存放起来供后期使用。

3 Scrapy-Redis分布式爬虫

3.1 Scrapy

Scrapy的原理如图1所示：

各个组件的解释如下：Scrapy Engine（引擎）：负责Spider、ItemPipeline、Downloader、Scheduler中间的通讯，信号、数据传递等，相当于人的大脑中枢，机器的发动机等，具有显著的作用。Scheduler（调度器）：负责接收引擎发送过来的Request请求，并按照一定的方式逻辑进行整理排列，入队，当引擎需要时，再交还给引擎。Downloader（下载器）：负责下载Scrapy Engine（引擎）发送的所有Requests请求，并将其获取到的Responses交还给Scrapy Engine（引擎），由引擎交给Spider来处理。Spider（爬虫）：负责处理所有的Responses，从中分析提取数据，获取Item字段需要的数据，并将需要跟进的URL提交给引擎，再次进入Scheduler（调度器）。Item Pipeline（管道）：负责处理Spider中获取到的Item，并进行后期处理（详细分析、过滤、存储等）。Downloader Middlewares（下载中间件）：可以当作是一个可以自定义扩展下载功能的组件。Spider Middlewares（Spider中间件）：可以理解为是一个可以自定义扩展和操作引擎以及Spider中间通信的功能组件（例如进入Spider的Responses;和从Spider出去的Requests）。

整个Scrapy爬虫框架执行流程可以理解为：爬虫启动的时候就会从start_urls提取每一个url，然后封装成请求，交给engine，engine交给调度器入队列，调度器入队列去重处理后再交给下载器去下载，下载返回的响应文件交给parse方法来处理，parse方法可以直接调用xpath方法提取数据了。

3.2 Redis

Redis 是完全开源免费的，遵守BSD协议的，高性能的key-value数据库。Redis 与其他key - value 缓存产品有以下三个特点：（1）Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。这样可以防止数据的丢失，在实际生产应用中数据的完整性是必须保证的。（2）Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。这些功能更强大的数据存储方式极大地节约了存储空间，优化了查询的性能，大大提高了查询效率。存储的目的是为了后期更好的取出，Redis很好地做到了这一点。（3）Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。主从结构目前是大数据里面的主流结构，主从模式能保证数据的健壮性和高可用。当出现电脑宕机，硬盘损坏等重大自然原因时，主从模式能很好的保证存储的数据不丢失，随时恢复到可用状态。正是考虑到Redis的以上强大特点，才选择Redis作为分布式存储的数据库。

4 Django搭建搜索网站

Django是一个开放源代码的Web应用框架，由Python开发的基于MVC构造的框架。在Django中，控制器接受用户输入的部分由框架自行处理，因此更加关注模型，模板和视图，即MVT。模型（Model），即数据存取层，处理与数据相关的所有事物：包括如何存取，如何验证有效性，数据之间的关系等。视图（View），即表现层，处理与表现相关的逻辑，主要是显示的问题。模板（Template），即业务逻辑层，主要职责是存取模型以及调取恰当模板的相关逻辑。控制器部分，由Django框架的URLconf来实现，而URLconf机制恰恰又是使用正则表达式匹配URL，然后调用合适的函數。因此只需要写很少量的代码，只需关注业务逻辑部分，大大提高了开发的效率。使用Django搭建搜索引擎的界面，简单便捷且界面交互效果良好，适应需求，无须成本。

5 ElasticSearch搜索引擎

ElasticSearch是一个基于Lucene的实时的分布式搜索和分析引擎，设计用于云计算中，能够达到实时搜索，稳定，可靠，快速，安装使用非常方便。基于RESTful接口。ElasticSearch具有广泛的用户，如DELL，GitHub，Wikipedia等。ElasticSearch和关系型数据库之间的对比如表1所示：

5.1 Elasticsearch-RTF

RTF是Ready To Fly的缩写，在航模里面，表示无需组装零件即可直接上手即飞的航空模型。Elasticsearch-RTF是针对中文的一个发行版，即使用最新稳定的Elasticsearch版本，并且下载测试好对应的插件，如中文分词插件等，目的是可以下载下来就可以直接的使用。项目构建过程中选择的是Elasticsearch-RTF 5.1.1版本。安装后启动，效果如图2所示：

5.2 Elasticsearch-head

ElasticSearch-head是一个Web前端插件，用于浏览ElasticSearch集群并与之进行交互，它可以作为ElasticSearch插件运行，一般首选这种方式，当然它也可以作为独立的Web应用程序运行。它的通用工具有三大操作：ClusterOverview，显示当前集群的拓扑，并允许执行索引和节点级别的操作;有几个搜索接口可以查询原生Json或表格格式的检索结果;显示集群状态的几个快速访问选项卡;一个允许任意调用RESTful API的输入部分。

5.3 Kibana

Kibana是一个开源的分析与可视化平台，设计出来用于和Elasticsearch一起使用的。可以用kibana搜索、查看、交互存放在Elasticsearch索引里的数据，使用各种不同的图表、表格、地图等。kibana能够很轻易地展示高级数据分析与可视化。Kibana使理解大量数据变得容易。它简单、基于浏览器的接口能快速创建和分享实时展现Elasticsearch查询变化的动态仪表盘。Kibana启动完成后，可看到插入数据和页面查询显示结果如图3所示：

6 结论

通过对爬虫理论的相关理解，将互联网上海量的信息按需要加以分类和存储，并最终展示给特定用户的特定领域需求的信息，避免网上海量信息的视觉冲击，从而达到准确，高效检索的目的。利用Python语言以及其丰富的知识库，结合开源的Scrapy爬蟲框架，能够高效的将网上海量的信息爬取下来，并利用Redis分布式数据库的特点，将数据安全，快速的存入，方便后期的获取与检索，使用开源的Django框架搭建搜索引擎网站，提供灵活便捷的可视化操作界面，方便广大用户的使用，结合ElasticSearch强大的搜索功能，将所有组件结合到一起，完成搜索引擎的全部功能，最终达到搜索的目的。

参考文献：

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[2] 王敏.分布式网络爬虫的研究与实现[D].东南大学，2017.

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[4] 曾亚飞.基于Elasticsearch的分布式智能搜索引擎的研究与实现[D].重庆大学，2016.

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[8] 李春生.基于WEB信息采集的分布式网络爬虫搜索引擎的研究[D].吉林大学，2009.

【通联编辑：梁书】

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