动态html处理和及其图像识别

爬虫(Spider)，反爬虫(Anti-Spider)，反反爬虫(Anti-Anti-Spider) 之间恢宏壮阔的斗争...

Day 1

• 小莫想要某站上所有的电影，写了标准的爬虫(基于HttpClient库)，不断地遍历某站的电影列表页面，根据 Html 分析电影名字存进自己的数据库。

• 这个站点的运维小黎发现某个时间段请求量陡增，分析日志发现都是 IP(xxx.xxx.xxx.xxx)这个用户，并且 user-agent 还是 Python-urllib/2.7 ，基于这两点判断非人类后直接在服务器上封杀。

Day 2

• 小莫电影只爬了一半，于是也针对性的变换了下策略：1. user-agent 模仿百度("Baiduspider...")，2. IP每爬半个小时就换一个IP代理。

• 小黎也发现了对应的变化，于是在服务器上设置了一个频率限制，每分钟超过120次请求的再屏蔽IP。 同时考虑到百度家的爬虫有可能会被误伤，想想市场部门每月几十万的投放，于是写了个脚本，通过 hostname 检查下这个 ip 是不是真的百度家的，对这些 ip 设置一个白名单。

Day 3

• 小莫发现了新的限制后，想着我也不急着要这些数据，留给服务器慢慢爬吧，于是修改了代码，随机1-3秒爬一次，爬10次休息10秒，每天只在8-12，18-20点爬，隔几天还休息一下。

• 小黎看着新的日志头都大了，再设定规则不小心会误伤真实用户，于是准备换了一个思路，当3个小时的总请求超过50次的时候弹出一个验证码弹框，没有准确正确输入的话就把 IP 记录进黑名单。

Day 4

• 小莫看到验证码有些傻脸了，不过也不是没有办法，先去学习了图像识别（关键词 PIL，tesseract），再对验证码进行了二值化，分词，模式训练之后，总之最后识别了小黎的验证码（关于验证码，验证码的识别，验证码的反识别也是一个恢弘壮丽的斗争史...），之后爬虫又跑了起来。

• 小黎是个不折不挠的好同学，看到验证码被攻破后，和开发同学商量了变化下开发模式，数据并不再直接渲染，而是由前端同学异步获取，并且通过 JavaScript 的加密库生成动态的 token，同时加密库再进行混淆（比较重要的步骤的确有网站这样做，参见淘宝和微博的登陆流程）。

Day 5

• 混淆过的加密库就没有办法了么？当然不是，可以慢慢调试，找到加密原理，不过小莫不准备用这么耗时耗力的方法，他放弃了基于 HttpClient的爬虫，选择了内置浏览器引擎的爬虫(关键词：PhantomJS，Selenium)，在浏览器引擎运行页面，直接获取了正确的结果，又一次拿到了对方的数据。

• 小黎：.....

爬虫与发爬虫的斗争还在继续...

通常情况下，在爬虫与反爬虫的对弈中，爬虫一定会胜利。

换言之，只要人类能够正常访问的网页，爬虫在具备同等资源的情况下就一定可以抓取到。

关于爬虫部分一些建议：

1. 尽量减少请求次数，能抓列表页就不抓详情页，减轻服务器压力，程序员都是混口饭吃不容易。

2. 不要只看 Web 网站，还有手机 App 和 H5，这样的反爬虫措施一般比较少。

3. 实际应用时候，一般防守方做到根据 IP 限制频次就结束了，除非很核心的数据，不会再进行更多的验证，毕竟成本的问题会考虑到。

4. 如果真的对性能要求很高，可以考虑多线程(一些成熟的框架如 Scrapy都已支持)，甚至分布式...

关于反爬虫部分的一些建议：

• 这篇文章就够了：携程技术中心 - 携程酒店研发部研发经理崔广宇 <爬虫与反爬虫> 技术分享

JavaScript

JavaScript 是网络上最常用也是支持者最多的客户端脚本语言。它可以收集 用户的跟踪数据,不需要重载页面直接提交表单，在页面嵌入多媒体文件，甚至运行网页游戏。

我们可以在网页源代码的<scripy>标签里看到，比如：

<script type="text/javascript" src="https://statics.huxiu.com/w/mini/static_2015/js/sea.js?v=201601150944"></script>

jQuery

jQuery 是一个十分常见的库,70% 最流行的网站(约 200 万)和约 30% 的其他网站(约 2 亿)都在使用。一个网站使用 jQuery 的特征,就是源代码里包含了 jQuery 入口,比如:

<script type="text/javascript" src="https://statics.huxiu.com/w/mini/static_2015/js/jquery-1.11.1.min.js?v=201512181512"></script>

如果你在一个网站上看到了 jQuery，那么采集这个网站数据的时候要格外小心。jQuery 可 以动态地创建 HTML 内容,只有在 JavaScript 代码执行之后才会显示。如果你用传统的方 法采集页面内容,就只能获得 JavaScript 代码执行之前页面上的内容。

Ajax

我们与网站服务器通信的唯一方式，就是发出 HTTP 请求获取新页面。如果提交表单之后，或从服务器获取信息之后，网站的页面不需要重新刷新，那么你访问的网站就在用Ajax 技术。

Ajax 其实并不是一门语言,而是用来完成网络任务(可以认为 它与网络数据采集差不多)的一系列技术。Ajax 全称是 Asynchronous JavaScript and XML(异步 JavaScript 和 XML)，网站不需要使用单独的页面请求就可以和网络服务器进行交互 (收发信息)。

DHTML

Ajax 一样，动态 HTML(Dynamic HTML, DHTML)也是一系列用于解决网络问题的 技术集合。DHTML 是用客户端语言改变页面的 HTML 元素(HTML、CSS，或者二者皆 被改变)。比如页面上的按钮只有当用户移动鼠标之后才出现,背景色可能每次点击都会改变，或者用一个 Ajax 请求触发页面加载一段新内容，网页是否属于DHTML，关键要看有没有用 JavaScript 控制 HTML 和 CSS 元素。

那么，如何搞定？

那些使用了 Ajax 或 DHTML 技术改变 / 加载内容的页面，可能有一些采集手段。但是用 Python 解决这个问题只有两种途径:

1. 直接从 JavaScript 代码里采集内容（费时费力）
2. 用 Python 的 第三方库运行 JavaScript，直接采集你在浏览器里看到的页面（这个可以有）。

Selenium

Selenium是一个Web的自动化测试工具，最初是为网站自动化测试而开发的，类型像我们玩游戏用的按键精灵，可以按指定的命令自动操作，不同是Selenium 可以直接运行在浏览器上，它支持所有主流的浏览器（包括PhantomJS这些无界面的浏览器）。

Selenium 可以根据我们的指令，让浏览器自动加载页面，获取需要的数据，甚至页面截屏，或者判断网站上某些动作是否发生。

Selenium 自己不带浏览器，不支持浏览器的功能，它需要与第三方浏览器结合在一起才能使用。但是我们有时候需要让它内嵌在代码中运行，所以我们可以用一个叫 PhantomJS 的工具代替真实的浏览器。

可以从 PyPI 网站下载 Selenium库https://pypi.python.org/simple/selenium ，也可以用 第三方管理器 pip用命令安装：pip install selenium

Selenium 官方参考文档：http://selenium-python.readthedocs.io/index.html

PhantomJS

PhantomJS 是一个基于Webkit的“无界面”(headless)浏览器，它会把网站加载到内存并执行页面上的 JavaScript，因为不会展示图形界面，所以运行起来比完整的浏览器要高效。

如果我们把 Selenium 和 PhantomJS 结合在一起，就可以运行一个非常强大的网络爬虫了，这个爬虫可以处理 JavaScrip、Cookie、headers，以及任何我们真实用户需要做的事情。

注意：PhantomJS 只能从它的官方网站http://phantomjs.org/download.html) 下载。 因为 PhantomJS 是一个功能完善(虽然无界面)的浏览器而非一个 Python 库，所以它不需要像 Python 的其他库一样安装，但我们可以通过Selenium调用PhantomJS来直接使用。

PhantomJS 官方参考文档：http://phantomjs.org/documentation

快速入门

Selenium 库里有个叫 WebDriver 的 API。WebDriver 有点儿像可以加载网站的浏览器，但是它也可以像 BeautifulSoup 或者其他 Selector 对象一样用来查找页面元素，与页面上的元素进行交互 (发送文本、点击等)，以及执行其他动作来运行网络爬虫。

# IPython2 测试代码

# 导入 webdriver
from selenium import webdriver

# 要想调用键盘按键操作需要引入keys包
from selenium.webdriver.common.keys import Keys

# 调用环境变量指定的PhantomJS浏览器创建浏览器对象
driver = webdriver.PhantomJS()

# 如果没有在环境变量指定PhantomJS位置
# driver = webdriver.PhantomJS(executable_path="./phantomjs"))

# get方法会一直等到页面被完全加载，然后才会继续程序，通常测试会在这里选择 time.sleep(2)
driver.get("http://www.baidu.com/")

# 获取页面名为 wrapper的id标签的文本内容
data = driver.find_element_by_id("wrapper").text

# 打印数据内容
print data

# 打印页面标题 "百度一下，你就知道"
print driver.title

# 生成当前页面快照并保存
driver.save_screenshot("baidu.png")

# id="kw"是百度搜索输入框，输入字符串"长城"
driver.find_element_by_id("kw").send_keys(u"长城")

# id="su"是百度搜索按钮，click() 是模拟点击
driver.find_element_by_id("su").click()

# 获取新的页面快照
driver.save_screenshot("长城.png")

# 打印网页渲染后的源代码
print driver.page_source

# 获取当前页面Cookie
print driver.get_cookies()

# ctrl+a 全选输入框内容
driver.find_element_by_id("kw").send_keys(Keys.CONTROL,'a')

# ctrl+x 剪切输入框内容
driver.find_element_by_id("kw").send_keys(Keys.CONTROL,'x')

# 输入框重新输入内容
driver.find_element_by_id("kw").send_keys("itcast")

# 模拟Enter回车键
driver.find_element_by_id("su").send_keys(Keys.RETURN)

# 清除输入框内容
driver.find_element_by_id("kw").clear()

# 生成新的页面快照
driver.save_screenshot("itcast.png")

# 获取当前url
print driver.current_url

# 关闭当前页面，如果只有一个页面，会关闭浏览器
# driver.close()

# 关闭浏览器
driver.quit()

页面操作

Selenium 的 WebDriver提供了各种方法来寻找元素，假设下面有一个表单输入框：

<input type="text" name="user-name" id="passwd-id" />

那么：

# 获取id标签值
element = driver.find_element_by_id("passwd-id")
# 获取name标签值
element = driver.find_element_by_name("user-name")
# 获取标签名值
element = driver.find_elements_by_tag_name("input")
# 也可以通过XPath来匹配
element = driver.find_element_by_xpath("//input[@id='passwd-id']")
定位UI元素 (WebElements)

关于元素的选取，有如下的API 单个元素选取

find_element_by_id
find_elements_by_name
find_elements_by_xpath
find_elements_by_link_text
find_elements_by_partial_link_text
find_elements_by_tag_name
find_elements_by_class_name
find_elements_by_css_selector

1. By ID

   <div id="coolestWidgetEvah">...</div>

   • 实现

     element = driver.find_element_by_id("coolestWidgetEvah")
     ------------------------ or -------------------------
     from selenium.webdriver.common.by import By
     element = driver.find_element(by=By.ID, value="coolestWidgetEvah")

1. By Class Name

   <div class="cheese"><span>Cheddar</span></div><div class="cheese"><span>Gouda</span></div>

   • 实现

     cheeses = driver.find_elements_by_class_name("cheese")
     ------------------------ or -------------------------
     from selenium.webdriver.common.by import By
     cheeses = driver.find_elements(By.CLASS_NAME, "cheese")

2. By Tag Name

   <iframe src="..."></iframe>

   • 实现

     frame = driver.find_element_by_tag_name("iframe")
     ------------------------ or -------------------------
     from selenium.webdriver.common.by import By
     frame = driver.find_element(By.TAG_NAME, "iframe")

3. By Name

   <input name="cheese" type="text"/>
   

   • 实现

     cheese = driver.find_element_by_name("cheese")
     ------------------------ or -------------------------
     from selenium.webdriver.common.by import By
     cheese = driver.find_element(By.NAME, "cheese")

4. By Link Text

   <a href="http://www.google.com/search?q=cheese">cheese</a>
   

   • 实现

     cheese = driver.find_element_by_link_text("cheese")
     ------------------------ or -------------------------
     from selenium.webdriver.common.by import By
     cheese = driver.find_element(By.LINK_TEXT, "cheese")

5. By Partial Link Text

   <a href="http://www.google.com/search?q=cheese">search for cheese</a>>

   • 实现

     cheese = driver.find_element_by_partial_link_text("cheese")
     ------------------------ or -------------------------
     from selenium.webdriver.common.by import By
     cheese = driver.find_element(By.PARTIAL_LINK_TEXT, "cheese")

6. By CSS

•   实现

1. <div id="food"><span class="dairy">milk</span><span class="dairy aged">cheese</span></div>
   cheese = driver.find_element_by_css_selector("#food span.dairy.aged")
   ------------------------ or -------------------------
   from selenium.webdriver.common.by import By
   cheese = driver.find_element(By.CSS_SELECTOR, "#food span.dairy.aged")

2. By XPath

   • <input type="text" name="example" />
     <INPUT type="text" name="other" />
     实现
     inputs = driver.find_elements_by_xpath("//input")
     ------------------------ or -------------------------
     from selenium.webdriver.common.by import By
     inputs = driver.find_elements(By.XPATH, "//input")

鼠标动作链

有些时候，我们需要再页面上模拟一些鼠标操作，比如双击、右击、拖拽甚至按住不动等，我们可以通过导入 ActionChains 类来做到：

示例：

#导入 ActionChains 类
from selenium.webdriver import ActionChains

# 鼠标移动到 ac 位置
ac = driver.find_element_by_xpath('element')
ActionChains(driver).move_to_element(ac).perform()


# 在 ac 位置单击
ac = driver.find_element_by_xpath("elementA")
ActionChains(driver).move_to_element(ac).click(ac).perform()

# 在 ac 位置双击
ac = driver.find_element_by_xpath("elementB")
ActionChains(driver).move_to_element(ac).double_click(ac).perform()

# 在 ac 位置右击
ac = driver.find_element_by_xpath("elementC")
ActionChains(driver).move_to_element(ac).context_click(ac).perform()

# 在 ac 位置左键单击hold住
ac = driver.find_element_by_xpath('elementF')
ActionChains(driver).move_to_element(ac).click_and_hold(ac).perform()

# 将 ac1 拖拽到 ac2 位置
ac1 = driver.find_element_by_xpath('elementD')
ac2 = driver.find_element_by_xpath('elementE')
ActionChains(driver).drag_and_drop(ac1, ac2).perform()

填充表单

我们已经知道了怎样向文本框中输入文字，但是有时候我们会碰到<select> </select>标签的下拉框。直接点击下拉框中的选项不一定可行。

<select id="status" class="form-control valid" onchange="" name="status">
    <option value=""></option>
    <option value="0">未审核</option>
    <option value="1">初审通过</option>
    <option value="2">复审通过</option>
    <option value="3">审核不通过</option>
</select>

Selenium专门提供了Select类来处理下拉框。 其实 WebDriver 中提供了一个叫 Select 的方法，可以帮助我们完成这些事情：

# 导入 Select 类
from selenium.webdriver.support.ui import Select

# 找到 name 的选项卡
select = Select(driver.find_element_by_name('status'))

# 
select.select_by_index(1)
select.select_by_value("0")
select.select_by_visible_text(u"未审核")

以上是三种选择下拉框的方式，它可以根据索引来选择，可以根据值来选择，可以根据文字来选择。注意：

• index 索引从 0 开始
• value是option标签的一个属性值，并不是显示在下拉框中的值
• visible_text是在option标签文本的值，是显示在下拉框的值

全部取消选择怎么办呢？很简单:

select.deselect_all()

弹窗处理

当你触发了某个事件之后，页面出现了弹窗提示，处理这个提示或者获取提示信息方法如下：

alert = driver.switch_to_alert()

页面切换

一个浏览器肯定会有很多窗口，所以我们肯定要有方法来实现窗口的切换。切换窗口的方法如下：

driver.switch_to.window("this is window name")

也可以使用 window_handles 方法来获取每个窗口的操作对象。例如：

for handle in driver.window_handles:
    driver.switch_to_window(handle)

页面前进和后退

操作页面的前进和后退功能：

driver.forward()     #前进
driver.back()        # 后退

Cookies

获取页面每个Cookies值，用法如下

for cookie in driver.get_cookies():
    print "%s -> %s" % (cookie['name'], cookie['value'])

删除Cookies，用法如下

# By name
driver.delete_cookie("CookieName")

# all
driver.delete_all_cookies()

页面等待

注意：这是非常重要的一部分！！

现在的网页越来越多采用了 Ajax 技术，这样程序便不能确定何时某个元素完全加载出来了。如果实际页面等待时间过长导致某个dom元素还没出来，但是你的代码直接使用了这个WebElement，那么就会抛出NullPointer的异常。

为了避免这种元素定位困难而且会提高产生 ElementNotVisibleException 的概率。所以 Selenium 提供了两种等待方式，一种是隐式等待，一种是显式等待。

隐式等待是等待特定的时间，显式等待是指定某一条件直到这个条件成立时继续执行。

显式等待

显式等待指定某个条件，然后设置最长等待时间。如果在这个时间还没有找到元素，那么便会抛出异常了。

from selenium import webdriver
from selenium.webdriver.common.by import By
# WebDriverWait 库，负责循环等待
from selenium.webdriver.support.ui import WebDriverWait
# expected_conditions 类，负责条件出发
from selenium.webdriver.support import expected_conditions as EC

driver = webdriver.Chrome()
driver.get("http://www.xxxxx.com/loading")
try:
    # 页面一直循环，直到 id="myDynamicElement" 出现
    element = WebDriverWait(driver, 10).until(
        EC.presence_of_element_located((By.ID, "myDynamicElement"))
    )
finally:
    driver.quit()

如果不写参数，程序默认会 0.5s 调用一次来查看元素是否已经生成，如果本来元素就是存在的，那么会立即返回。

下面是一些内置的等待条件，你可以直接调用这些条件，而不用自己写某些等待条件了。

title_is
title_contains
presence_of_element_located
visibility_of_element_located
visibility_of
presence_of_all_elements_located
text_to_be_present_in_element
text_to_be_present_in_element_value
frame_to_be_available_and_switch_to_it
invisibility_of_element_located
element_to_be_clickable – it is Displayed and Enabled.
staleness_of
element_to_be_selected
element_located_to_be_selected
element_selection_state_to_be
element_located_selection_state_to_be
alert_is_present

隐式等待

隐式等待比较简单，就是简单地设置一个等待时间，单位为秒。

from selenium import webdriver

driver = webdriver.Chrome()
driver.implicitly_wait(10) # seconds
driver.get("http://www.xxxxx.com/loading")
myDynamicElement = driver.find_element_by_id("myDynamicElement")

当然如果不设置，默认等待时间为0。

案例一：网站模拟登录

# douban.py

from selenium import webdriver
from selenium.webdriver.common.keys import Keys
import time

driver = webdriver.PhantomJS()
driver.get("http://www.douban.com")

# 输入账号密码
driver.find_element_by_name("form_email").send_keys("xxxxx@xxxx.com")
driver.find_element_by_name("form_password").send_keys("xxxxxxxx")

# 模拟点击登录
driver.find_element_by_xpath("//input[@class='bn-submit']").click()

# 等待3秒
time.sleep(3)

# 生成登陆后快照
driver.save_screenshot("douban.png")

with open("douban.html", "w") as file:
    file.write(driver.page_source)

driver.quit()

案例二：动态页面模拟点击
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

# python的测试模块
import unittest
from selenium import webdriver
from bs4 import BeautifulSoup


class douyuSelenium(unittest.TestCase):
    # 初始化方法
    def setUp(self):
        self.driver = webdriver.PhantomJS()

    #具体的测试用例方法，一定要以test开头
    def testDouyu(self):
        self.driver.get('http://www.douyu.com/directory/all')
        while True:
            # 指定xml解析
            soup = BeautifulSoup(driver.page_source, 'xml')
            # 返回当前页面所有房间标题列表 和 观众人数列表
            titles = soup.find_all('h3', {'class': 'ellipsis'})
            nums = soup.find_all('span', {'class': 'dy-num fr'})

            # 使用zip()函数来可以把列表合并，并创建一个元组对的列表[(1,2), (3,4)]
            for title, num in zip(nums, titles):
                print u"观众人数:" + num.get_text().strip(), u"	房间标题: " + title.get_text().strip()
            # page_source.find()未找到内容则返回-1
            if driver.page_source.find('shark-pager-disable-next') != -1:
                break
            # 模拟下一页点击
            self.driver.find_element_by_class_name('shark-pager-next').click()

    # 退出时的清理方法
    def tearDown(self):
        print '加载完成...'
        self.driver.quit()

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()

案例二：动态页面模拟点击

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

# python的测试模块
import unittest
from selenium import webdriver
from bs4 import BeautifulSoup


class douyuSelenium(unittest.TestCase):
    # 初始化方法
    def setUp(self):
        self.driver = webdriver.PhantomJS()

    #具体的测试用例方法，一定要以test开头
    def testDouyu(self):
        self.driver.get('http://www.douyu.com/directory/all')
        while True:
            # 指定xml解析
            soup = BeautifulSoup(driver.page_source, 'xml')
            # 返回当前页面所有房间标题列表 和 观众人数列表
            titles = soup.find_all('h3', {'class': 'ellipsis'})
            nums = soup.find_all('span', {'class': 'dy-num fr'})

            # 使用zip()函数来可以把列表合并，并创建一个元组对的列表[(1,2), (3,4)]
            for title, num in zip(nums, titles):
                print u"观众人数:" + num.get_text().strip(), u"	房间标题: " + title.get_text().strip()
            # page_source.find()未找到内容则返回-1
            if driver.page_source.find('shark-pager-disable-next') != -1:
                break
            # 模拟下一页点击
            self.driver.find_element_by_class_name('shark-pager-next').click()

    # 退出时的清理方法
    def tearDown(self):
        print '加载完成...'
        self.driver.quit()

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()

案例三：执行 JavaScript 语句

• 隐藏百度图片

from selenium import webdriver

driver = webdriver.PhantomJS()
driver.get("https://www.baidu.com/")

# 给搜索输入框标红的javascript脚本
js = "var q=document.getElementById("kw");q.style.border="2px solid red";"

# 调用给搜索输入框标红js脚本
driver.execute_script(js)

#查看页面快照
driver.save_screenshot("redbaidu.png")

#js隐藏元素，将获取的图片元素隐藏
img = driver.find_element_by_xpath("//*[@id='lg']/img")
driver.execute_script('$(arguments[0]).fadeOut()',img)

# 向下滚动到页面底部
driver.execute_script("$('.scroll_top').click(function(){$('html,body').animate({scrollTop: '0px'}, 800);});")

#查看页面快照
driver.save_screenshot("nullbaidu.png")

driver.quit()

• 模拟滚动条滚动到底部

# 
from selenium import webdriver
import time

driver = webdriver.PhantomJS()
driver.get("https://movie.douban.com/typerank?type_name=剧情&type=11&interval_id=100:90&action=")

# 向下滚动10000像素
js = "document.body.scrollTop=10000"
#js="var q=document.documentElement.scrollTop=10000"
time.sleep(3)

#查看页面快照
driver.save_screenshot("douban.png")

# 执行JS语句
driver.execute_script(js)
time.sleep(10)

#查看页面快照
driver.save_screenshot("newdouban.png")

driver.quit()