简易爬虫的实现
HttpClient 提供了便利的 HTTP 协议访问，使得我们可以很容易的得到某个网页的源码并保存在本地；HtmlParser 提供了如此简便灵巧的类库，可以从网页中便捷的提取出指向其他网页的超链接。笔者结合这两个开源包，构建了一个简易的网络爬虫。
爬虫 (Crawler) 原理
学过数据结构的读者都知道有向图这种数据结构。如下图所示，如果将网页看成是图中的某一个节点，而将网页中指向其他网页的链接看成是这个节点指向其他节点的边，那么我们很容易将整个 Internet 上的网页建模成一个有向图。理论上，通过遍历算法遍历该图，可以访问到Internet 上的几乎所有的网页。最简单的遍历就是宽度优先以及深度优先。以下笔者实现的简易爬虫就是使用了宽度优先的爬行策略。
图 2. 网页关系的建模图
简易爬虫实现流程
在看简易爬虫的实现代码之前，先介绍一下简易爬虫爬取网页的流程。
图 3. 爬虫流程图
各个类的源码以及说明
对应上面的流程图，简易爬虫由下面几个类组成，各个类职责如下：
Crawler.java：爬虫的主方法入口所在的类，实现爬取的主要流程。
LinkDb.java：用来保存已经访问的 url 和待爬取的 url 的类，提供url出对入队操作。
Queue.java： 实现了一个简单的队列，在 LinkDb.java 中使用了此类。
FileDownloader.java：用来下载 url 所指向的网页。
HtmlParserTool.java： 用来抽取出网页中的链接。
LinkFilter.java：一个接口，实现其 accept() 方法用来对抽取的链接进行过滤。
下面是各个类的源码，代码中的注释有比较详细的说明。
清单6 Crawler.java
package com.ie;
import java.util.Set;
public class Crawler {
/* 使用种子 url 初始化 URL 队列*/
private void initCrawlerWithSeeds(String[] seeds)
{
for(int i=0;i<seeds.length;i++)
LinkDB.addUnvisitedUrl(seeds[i]);
}
/* 爬取方法*/
public void crawling(String[] seeds)
{
LinkFilter filter = new LinkFilter(){
//提取以 http://www.twt.edu.cn 开头的链接
public boolean accept(String url) {
if(url.startsWith("http://www.twt.edu.cn"))
return true;
else
return false;
}
};
//初始化 URL 队列
initCrawlerWithSeeds(seeds);
//循环条件：待抓取的链接不空且抓取的网页不多于 1000
while(!LinkDB.unVisitedUrlsEmpty()&&LinkDB.getVisitedUrlNum()<=1000)
{
//队头 URL 出对
String visitUrl=LinkDB.unVisitedUrlDeQueue();
if(visitUrl==null)
continue;
FileDownLoader downLoader=new FileDownLoader();
//下载网页
downLoader.downloadFile(visitUrl);
//该 url 放入到已访问的 URL 中
LinkDB.addVisitedUrl(visitUrl);
//提取出下载网页中的 URL
Set<String> links=HtmlParserTool.extracLinks(visitUrl,filter);
//新的未访问的 URL 入队
for(String link:links)
{
LinkDB.addUnvisitedUrl(link);
}
}
}
//main 方法入口
public static void main(String[]args)
{
Crawler crawler = new Crawler();
crawler.crawling(new String[]{"http://www.twt.edu.cn"});
}
}
清单7 LinkDb.java
package com.ie;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
/**
* 用来保存已经访问过 Url 和待访问的 Url 的类
*/
public class LinkDB {
//已访问的 url 集合
private static Set<String> visitedUrl = new HashSet<String>();
//待访问的 url 集合
private static Queue<String> unVisitedUrl = new Queue<String>();
public static Queue<String> getUnVisitedUrl() {
return unVisitedUrl;
}
public static void addVisitedUrl(String url) {
visitedUrl.add(url);
}
public static void removeVisitedUrl(String url) {
visitedUrl.remove(url);
}
public static String unVisitedUrlDeQueue() {
return unVisitedUrl.deQueue();
}
// 保证每个 url 只被访问一次
public static void addUnvisitedUrl(String url) {
if (url != null && !url.trim().equals("")
&& !visitedUrl.contains(url)
&& !unVisitedUrl.contians(url))
unVisitedUrl.enQueue(url);
}
public static int getVisitedUrlNum() {
return visitedUrl.size();
}
public static boolean unVisitedUrlsEmpty() {
return unVisitedUrl.empty();
}
}
清单8 Queue.java
package com.ie;
import java.util.LinkedList;
/**
* 数据结构队列
*/
public class Queue<T> {
private LinkedList<T> queue=new LinkedList<T>();
public void enQueue(T t)
{
queue.addLast(t);
}
public T deQueue()
{
return queue.removeFirst();
}
public boolean isQueueEmpty()
{
return queue.isEmpty();
}
public boolean contians(T t)
{
return queue.contains(t);
}
public boolean empty()
{
return queue.isEmpty();
}
}
清单 9 FileDownLoader.java
package com.ie;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import org.apache.commons.httpclient.DefaultHttpMethodRetryHandler;
import org.apache.commons.httpclient.HttpClient;
import org.apache.commons.httpclient.HttpException;
import org.apache.commons.httpclient.HttpStatus;
import org.apache.commons.httpclient.methods.GetMethod;
import org.apache.commons.httpclient.params.HttpMethodParams;
public class FileDownLoader {
/**根据 url 和网页类型生成需要保存的网页的文件名
*去除掉 url 中非文件名字符
*/
public String getFileNameByUrl(String url,String contentType)
{
url=url.substring(7);//remove http://
if(contentType.indexOf("html")!=-1)//text/html
{
url= url.replaceAll("[\?/:*|<>"]", "_")+".html";
return url;
}
else//如application/pdf
{
return url.replaceAll("[\?/:*|<>"]", "_")+"."+
contentType.substring(contentType.lastIndexOf("/")+1);
}
}
/**保存网页字节数组到本地文件
* filePath 为要保存的文件的相对地址
*/
private void saveToLocal(byte[] data,String filePath)
{
try {
DataOutputStream out=new DataOutputStream(
new FileOutputStream(new File(filePath)));
for(int i=0;i<data.length;i++)
out.write(data[i]);
out.flush();
out.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/*下载 url 指向的网页*/
public String downloadFile(String url)
{
String filePath=null;
/* 1.生成 HttpClinet 对象并设置参数*/
HttpClient httpClient=new HttpClient();
//设置 Http 连接超时 5s
httpClient.getHttpConnectionManager().getParams().
setConnectionTimeout(5000);
/*2.生成 GetMethod 对象并设置参数*/
GetMethod getMethod=new GetMethod(url);
//设置 get 请求超时 5s
getMethod.getParams().setParameter(HttpMethodParams.SO_TIMEOUT,5000);
//设置请求重试处理
getMethod.getParams().setParameter(HttpMethodParams.RETRY_HANDLER,
new DefaultHttpMethodRetryHandler());
/*3.执行 HTTP GET 请求*/
try{
int statusCode = httpClient.executeMethod(getMethod);
//判断访问的状态码
if (statusCode != HttpStatus.SC_OK)
{
System.err.println("Method failed: "+ getMethod.getStatusLine());
filePath=null;
}
/*4.处理 HTTP 响应内容*/
byte[] responseBody = getMethod.getResponseBody();//读取为字节数组
//根据网页 url 生成保存时的文件名
filePath="temp\"+getFileNameByUrl(url,
getMethod.getResponseHeader("Content-Type").getValue());
saveToLocal(responseBody,filePath);
} catch (HttpException e) {
// 发生致命的异常，可能是协议不对或者返回的内容有问题
System.out.println("Please check your provided http
address!");
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
// 发生网络异常
e.printStackTrace();
} finally {
// 释放连接
getMethod.releaseConnection();
}
return filePath;
}
//测试的 main 方法
public static void main(String[]args)
{
FileDownLoader downLoader = new FileDownLoader();
downLoader.downloadFile("http://www.twt.edu.cn");
}
}
清单 10 HtmlParserTool.java
package com.ie;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import org.htmlparser.Node;
import org.htmlparser.NodeFilter;
import org.htmlparser.Parser;
import org.htmlparser.filters.NodeClassFilter;
import org.htmlparser.filters.OrFilter;
import org.htmlparser.tags.LinkTag;
import org.htmlparser.util.NodeList;
import org.htmlparser.util.ParserException;
public class HtmlParserTool {
// 获取一个网站上的链接,filter 用来过滤链接
public static Set<String> extracLinks(String url,LinkFilter filter) {
Set<String> links = new HashSet<String>();
try {
Parser parser = new Parser(url);
parser.setEncoding("gb2312");
// 过滤 <frame >标签的 filter，用来提取 frame 标签里的 src 属性所表示的链接
NodeFilter frameFilter = new NodeFilter() {
public boolean accept(Node node) {
if (node.getText().startsWith("frame src=")) {
return true;
} else {
return false;
}
}
};
// OrFilter 来设置过滤 <a> 标签，和 <frame> 标签
OrFilter linkFilter = new OrFilter(new NodeClassFilter(
LinkTag.class), frameFilter);
// 得到所有经过过滤的标签
NodeList list = parser.extractAllNodesThatMatch(linkFilter);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
Node tag = list.elementAt(i);
if (tag instanceof LinkTag)// <a> 标签
{
LinkTag link = (LinkTag) tag;
String linkUrl = link.getLink();// url
if(filter.accept(linkUrl))
links.add(linkUrl);
} else// <frame> 标签
{
// 提取 frame 里 src 属性的链接如 <frame src="test.html"/>
String frame = tag.getText();
int start = frame.indexOf("src=");
frame = frame.substring(start);
int end = frame.indexOf(" ");
if (end == -1)
end = frame.indexOf(">");
String frameUrl = frame.substring(5, end - 1);
if(filter.accept(frameUrl))
links.add(frameUrl);
}
}
} catch (ParserException e) {
e.printStackTrace();
}
return links;
}
//测试的 main 方法
public static void main(String[]args)
{
Set<String> links = HtmlParserTool.extracLinks(
"http://www.twt.edu.cn",new LinkFilter()
{
//提取以 http://www.twt.edu.cn 开头的链接
public boolean accept(String url) {
if(url.startsWith("http://www.twt.edu.cn"))
return true;
else
return false;
}
});
for(String link : links)
System.out.println(link);
}
}
清单11 LinkFilter.java
package com.ie;
public interface LinkFilter {
public boolean accept(String url);
}
这些代码中关键的部分都在 HttpClient 和 HtmlParser 介绍中说明过了。