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网路爬虫:不生产内容,只是内容的搬运工

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戮皇Blue  2019-4-5 22:29

搜索引擎和聚合类新闻App之所以有源源不断的新内容供予用户浏览,原因就在于有网络爬虫技术的加持。网络爬虫的应用对于用户来说,是一大福利——我们可以从一个搜索引擎轻松搜索到各个领域的信息。但是,对于原创方来说,就涉及到版权被侵犯的问题了。工具理性,但不意味着操持工具的人就可以假借“工具理性”肆意侵犯他人的合法权益,网络爬虫技术的应用还应该要在法理之内。

一、初识爬虫

工作的时候,想要查找“产品设计”,可以直接在搜索引擎上输入内容,就可以直接找到数以百万计的资料。

上下班路上,刷新闻类APP的时候,只要愿意,就会有源源不断的新的信息,足够刷一路的时间。

搜索引擎和(大多数)新闻类APP都不自己生产内容(虽然有些平台孵化了自己的内容,但也只占整个平台内容的很少的一部分,更重要的是,成本非常高)。

那么,他们的大量的内容从哪里来?

“我们不生产内容,只是内容的搬运工”,将互联网上的内容“搬运”到自己的服务器上,这就是爬虫。

首先,我们需要了解一下互联网的结构。

互联网上的内容数以亿计,虽然很复杂,但说白了就是一张大网,网上的每个节点就是一个网页,连接网页的超链接(Hyperlinks)相当于线,线把所有的节点连接在一起,形成了一个复杂的网。

通过点击超链接的文字或者图片,就可以跳转到对应的网页。爬虫可以自动访问到每一个网页,并把网页的内容保存下来。

世界上第一个网络爬虫由麻省理工学院的学生马修·格雷(Matthew Gray)在1993年写成,之后的爬虫尽管越来越复杂。

比如:可以实现更快的访问速度、访问更多的网页、更好的将网站内容解析出来。但爬虫的基本原理是一样的,都主要包括三个部分:访问网页链接,下载网页内容,解析网页内容。

爬虫的工作过程与我们查找网页的过程是一样的。

比如,我们想要查一下豆瓣上最新的电影:首先,在浏览器地址栏输入网址链接https://movie.douban.com/,之后,浏览器会跳转到豆瓣电影。最后,我们就可以找到当前热映的电影。

同样的,一个最简单的爬虫三步就可以爬取一个网页——首先,访问这个网页,之后,把网页内容下载下来,最后,对下载的内容进行解析。

二、7行代码爬取豆瓣电影

最简单的爬虫三步就可以爬取一个网页,那么要写多少行代码呢?

我们写一个爬虫,爬取豆瓣的“一周口碑榜”,只要7行代码!

这里我们使用Python语言,至于为什么选择Python语言,会在后面交代清楚,如果不懂Python也没有关系,了解爬虫是如何工作的就可以了。

代码如下:

import requests from lxml

import html url=’https://movie.douban.com/’ # 1、需要爬数据的网址

page=requests.Session.get(url) # 2、访问网页

tree=html.fromstring(page.text) # 3、解析网页的过程

result=tree.xpath(‘//td[@class=”title”]//a/text’) #3、解析网页的过程

print(result) # 打印出结果

在Python环境中运行这几行代码,就可以获取“一周口碑榜”了,结果如下:

[‘迦百农’, ‘绿皮书’, ‘驯龙高手3’, ‘速成家庭’, ‘阿丽塔:战斗天使’, ‘肤色’, ‘死亡天使’, ‘黎明墙’, ‘小小巨人’, ‘出·路’]

其中最关键的是解析网页内容,主要是(‘//td[@class=”title”]//a/text’)这行代码,大多数人可能对比较困惑。

这涉及到HTML网页的结构,可以把网页理解成一个文件夹,打开一个文件夹,会发现子文件夹,子文件夹或许还有文件夹。通过打开一个个文件夹,最终找到需要的数据。

  1. //td :这个相当于大目录;
  2. [@class=”title”]:这个相当于小目录;
  3. //a :这个相当于最小的目录;
  4. /text:这个是提取其中的文字内容。

至于是怎么写出来这行代码的,可以通过在网页空白处点击右键,查看源代码,就可以找到对应的td、class=”title”、a等标识符。

大多数程序员写爬虫选择python的理由很简单.

首先,python有很多的库,可以直接调用,比如:上面的代码就引入了requests、lxml库,分别实现访问网页、对网页结构解析。有开源的库,就直接调用,避免重复造轮子。

其次,python写起来很方便,配置也简单,短短几行的代码,就可以直接运行了,如果使用C或者Java,可能配置环境就要老半天。

三、一个简答的爬虫系统

把上面的每个步骤分别实现(模块化),就可以构成一个简答的爬虫系统。

使用URL(可以理解为网址链接)管理器管理所有的网址链接,使用HTML(可以理解为网页内容)下载器下载网页内容,使用HTML解析器对下载的内容解析,再加上数据存储模块、控制整个爬虫的调度模块,就构成了一个简单的爬虫系统。

爬虫基本架构

更具体的说,URL管理器负责管理所有的网址链接,记录下哪些URL已经爬取了,哪些还没有爬取。如果爬取过了,就要避免再次下载,如果没有,就要加入队列,等HTML下载器下载。

HTML下载器可以从服务器下载整个网页的内容,从URL管理器中获取未爬取的网址链接,之后,访问这些网页链接,下载网页。

HTML解析器负责解析下载好的网页,主要有两个任务:一方面,解析出需要的信息,比如上文的“一周口碑榜”;另一方面,解析出新的URL链接,交给URL管理器,继续下载,这个功能在上面的“7行代码”没有实现。

数据存储器实现存储数据的功能,将HTML解析器解析出来的信息存储起来,否则每次使用都要下载,会浪费大量的时间。图片、文档之类的文件可以直接保存到服务器上,文字类的可以通过数据库存储起来。

爬虫调度器作为系统的大脑,负责统筹其他四个模块的协调工作。

无论是大型的还是小型的爬虫虽然在设计细节,性能上有所不同,但都不会脱离这五个模块。

四、更深入的考虑

乍一看,每个模块实现起来都很简单,但细想,似乎每个模块都要考虑很多东西。

1. 初始的网址链接如何获得

7行代码爬取豆瓣电影,直接访问网址链接(https://movie.douban.com/)就可以爬取“一周口碑榜”。对稍大一些的爬虫系统或者商用爬虫,就要有更多的考虑了,在保证获取充足信息的同时,也要保证下载的质量。

对搜索引擎公司而言,要尽可能包括互联网所有的信息。对垂直领域,更多的偏向业务类信息,比如:对新闻类的APP,主要包括一些新闻网站、政府网站等,对Github这类的编程网站,他们可能就不感兴趣。

巧妇难为无米之炊,初始的网址链接基本要靠人工凭经验获取,比如:新闻类的APP,他们的初始URL列表里可能就包括新浪、网易、搜狐等门户网站,也包括各个级别的政府网站,还有人民网、新华社、人民日报等媒体的网站。

2. 如何确定哪些网页已经下载过了

当一个页面下载完成后,从这个网页中提取出其中的网址链接,把它们添加到等待下载的队列中,就可以获得更多的网址链接。

如果一个网页已经下载过了,重新下载,会消耗大量的时间,并占用存储空间。更要命的是,如果一直重复下载,就可能陷入死循环。

那么,如何知道这网址链接是不是已经下载过了?

对于小型爬虫,可以使用列表存储下载过的网址链接,当有新的网址链接的时候,先查找这个列表中有没有该网址链接。如果有的话,就不用插入,如果没有的话,就插入列表,等待访问下载。

对于大型爬虫,有成百上千个“小爬虫”(更加专业的名词叫做分布式爬虫),分布在不同的服务器上,同时爬取网址链接,就要考虑更多的东西。

比如:不同爬虫之间的分工和通信,如何共同维护上述的列表。

当数据很大的时候,就要考虑分布式、通信、存储、带宽等每个环节的限制,无论哪个环节没有做好,都有可能成为系统的瓶颈,这就像是木桶效应中的短板。

数据量增加10倍,之前的代码可能要重写了,工作量可能就要增加100倍,这也是量变引起质量的一个很好的例子。

在计算机领域,这样的例子随处可见,当数据增大到一定量级,原有的算法很可能无法继续使用,需要重新开发,随之而来的是加班、DEBUG以及延期上线。

3. 页面的解析

爬取豆瓣电影的“一周口碑榜”,需要研究网页的源代码,并编写对应的解析代码。但是网页的结构不同,用这个代码爬取知乎,解析不到任何内容。

以新闻类的APP为例:一个好的新闻类APP需要爬虫数以亿计的网页,并把里面的文字、视频、图片分别解析出来,难度可想而知。

好消息是一部分网站会遵守RSS规范(遵守RSS规范的网页结构和代码都有相似性,以便于订阅器获取主要信息),一种类型的爬虫就可以爬取大量这种类似的网页。但大部分的网站的结构,都是不同的,这需要算法工程师花费大量的时间和精力做解析工作。

五、 反爬虫

新闻类APP通过爬虫,获得大量的优质资源,读者也乐意在一个平台上看到所有的内容,但“被爬取”的网站就不太高兴了。对于大多数依靠广告收入的网站,没有了流量,连生存都成了问题,更别说盈利了。

一些自成体系的平台,比如:大型电商平台,他们希望所有的用户在自己的平台上查找信息,所有的商家在自己的平台上吸引卖家(广告费可不能付给搜索引擎),同样不希望爬虫的骚扰。

搜索引擎希望爬取更多的信息,优质的内容提供商又不希望被爬虫骚扰,利益冲突难以调和,于是产生了Robots协议来解决这个问题。

Robots协议网站服务器的一个声明,通常是保存在网站根目录下的一个TXT格式的文件,网站通过Robots协议告诉搜索引擎:哪些页面可以抓取?哪些页面不能抓取?

当爬虫访问一个站点时,它会首先检查该站点根目录下是否存在robots.txt,如果存在,爬虫就会按照该文件中的内容来确定访问的范围;如果该文件不存在,所有的爬虫将能够访问网站上所有没有被口令保护的页面。

我们使用搜索引擎,经常会看到“由于该网站的robots.txt文件存在限制指令(限制搜索引擎抓取),系统无法提供该页面的内容描述”,就是源于这个协议。

值得注意的是:Robots协议是国际互联网界通行的道德规范,并没有强制性约束力。

一些“没有道德”的爬虫同样会爬取有robots.txt限制指令的网站,这时候就需要一些技术来实现反爬虫了。

最常见的有三种方式:

1. 网站会根据IP地址访问的频率确定是不是爬虫

每个电脑都有唯一的IP地址,每个爬虫也有唯一的IP地址,当电脑或者爬虫访问网站的时候,网站会记录这个IP地址。如果同一个IP短时间多次访问同一个网站,这个网站可能会倾向于认为这是个爬虫,会采取一些措施。

最常见的就是验证码、点击图片之类的验证机制了。

我们使用12306买票的时候总需要点击图片,就是一种反爬虫机制——因为爬虫太多,一个爬虫每秒可以实现成百上千次的点击,在春运等高峰时段,12306上爬虫点击买票的次数甚至要超过人点击的数量。于是,就干脆全部使用验证机制。

当然,这在反爬虫的同时,也会给用户带来一些不好的体验。

相比之下,一些比较优秀的网站或者APP,会根据用户点击频率、时间间隔等信息,判断是不是爬虫或者误点击,之后再确定是否需要验证。

更好的用户体验背后,是更大的开发成本,更长的开发周期。

2. 网站也可以根据用户请求的Headers来判断是不是爬虫

当我们使用浏览器访问网站的时候,浏览器会自动在访问请求上添加一些信息,比如:浏览器采用的编码方式、使用的操作系统、浏览器版本等信息放在访问请求的最开始,作为Headers,但爬虫一般不会附加这些信息。

网站会根据是否存在Headers信息以及Headers信息的内容,判断对方是不是爬虫,有必要的话,就拒绝访问。

3. 动态页面的反爬虫

之前将的HTML网页都是静态的,随着HTML代码生成,页面的内容和显示效果就不会发生变化了。而动态网页则不然,动态网站是脚本语言(比如PHP)生成的,一些内容不是直接可见的,而是要运行一些脚本,才能看到。

网址后缀为htm、html、shtml、xml的网页是静态网页,而动态网页是以·aspx、.asp、.jsp、.php、.perl、.cgi等形式为后缀,并且在动态网页网址中有一个标志性的符号“?”,这些不同的后缀基本代表了网页使用的语言。

访问静态网页,只需要直接访问链接就可以了,访问动态网站,还需要执行一些特定的操作(比如点击),才能显示更多的内容,这就增加了爬取的难度,一些简单的爬虫就被拒之门外了。

介绍完三种主流的反爬虫的方式,最后要说的是:反爬虫技术也不是一劳永逸的,在反爬虫的发展过程中,爬虫也进化出了一系列反“反爬虫”的方式。

针对反爬虫验证IP机制,爬虫“进化”出了IP代理池,这样,爬虫就可以不断变换自己的IP地址,迷惑反爬虫。针对Headers验证,爬虫也会生成一个Headers信息,甚至针对动态页面,也会模拟浏览器的行为。

虽然如此,反爬虫在一定程度上提高了爬虫的成本,降低了爬虫的效率,就可以将一大部分爬虫挡在门外。

从爬虫与反爬虫的例子也可以看出:大多数时候,没有绝对的有效方式。提高对方的成本,让对方觉得代价太大,得不偿失,就是很好的解决问题的办法。

六、爬虫实现冷启动——胜利即正义?

上面讲了爬虫是怎么运行的,常见的反爬虫机制。最后,我们再讲一个爬虫的应用场景的例子,可以帮助我们更好理解爬虫。

冷启动是每一个产品经理、运营人员和创业者面临的重大问题。没有优质的内容,就吸引不了用户,没有大量的用户,就无法吸引优质的内容,就陷入了先有鸡还是先有蛋的悖论。

爬虫,低成本、快速地解决了这个问题!

“我们不生产新闻,我们只是新闻的搬运工”,通过爬虫,低成本、快速地爬取整个互联网的优质内容,并凭借海量数据,利用算法实现内容分类和个性推荐(个性推荐系统会在后序章节详细介绍),吸引大量的用户,最终通过广告变现。

事实证明,这是个非常成功的商业模式。而媒体平台和新闻网站雇佣大量编辑人员,花费大量时间、金钱写成的高质量内容,连说一声都没有,就这样被拿走了,这不是侵犯人家版权嘛!

于是,多家媒体联合发起侵权诉讼或抗议声讨,最终迫使这家新闻巨头支付版权费,但无论法律上、道德上有多少问题,都不影响这家公司商业成功的既定事实。

类似的事情同样发生在其他垂直领域。

一家新成立的技术博客平台,爬取竞争对手上的文章,迅速实现优质内容的聚合。如果原博客主发现了自己的文章被盗用了,新的平台就移交账号并看情况给予少许补偿。如果对方不乐意,就注销账号,当一切都没有发生过。凭借这种运营方式,顺利实现了冷启动。

短视频APP的后来者,也可以通过类似的方式,实现用户的积累和优质内容的聚合。

胜利即正义?

这似乎是过于武断的一个评价。

上述的视频APP做得太过分,引起公愤,最终不得不关闭自己的平台。

对于通过爬虫获取内容的平台而言,内容的获取也只是万里长征的第一步,通过运营手段减小生产内容的成本,通过利益共享激励优质内容的产生,通过技术减小信息成本吸引用户,更加任重而道远。

而版权,也始终是悬于头顶的达摩克利斯之剑。


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