爬虫技术入门：从基本概念到实战开发
爬虫技术入门：从基本概念到实战开发
爬虫技术是大数据和人工智能时代不可或缺的工具，它可以帮助我们从互联网上获取大量有价值的数据。本文将从爬虫的基本概念、应用场景、技术细节等多个维度，为您全面解析爬虫技术的核心原理和实践方法。
什么是爬虫
网络爬虫（又称为网页蜘蛛，网络机器人，更经常的称为网页追逐者），是一种按照一定的规则，自动地抓取万维网信息的程序或者脚本。本质上来说，爬虫就是模拟客户端发起请求并接收响应；原则上只要是在浏览器上能够看到的数据都是可以爬取的。
为什么要学习爬虫
在当今互联网时代，大数据，人工智能离我们越来越近，很多公司都在开展相关部分，但无论是大数据还是人工智能，都有一个非常重要的部分，那就是数据，但是数据又是从上面地方来呢？当我们所需要的数据量越来越大的时候，又该如何减少繁琐的数据获取工作呢？
来看一下这个微博指数的例子，通过上方图片我们可以发现，它是对微博上面用户的微博和评论进行提取，然后统计热搜关键词，统计出来后将流行趋势进行展示。类似这种网站其实是比较多的，比如百度指数、搜狗指数、阿里指数等，这些大平台用户量是非常庞大的，因此他们能够获取自己的用户数据进行统计分析。
那么就出现了一个问题，大平台有自己数据平台，那么一些中型企业或者个人并没有这么大的用户量，那么又该如何？这些数据又该从何而来呢？
数据的来源
- 企业用户产生的数据
比如用户在日常生活中浏览网页，使用app或者小程序时，产生的用户数据，如注册时的用户名、密码、姓名、手机号、身份证号等等，还有上文提到的微博，评论，以及微信发布的朋友圈等等都是企业用户所产生的数据。 - 第三方数据平台购买数据
企查查以及其他第三方平台 - 公开数据
国家统计局 - 数据管理咨询公司
- 爬虫爬取网络数据
这几种方式中第一种方式是企业内部数据，不会直接进行公开，第二种和第四种是需要花钱购买，对于咱白嫖的很不友好，第三种公开数据虽然免费，但是数据质量不高，所以获取数据的最佳途径就是通过爬取。
数据可以用来干什么
- 市场分析：企业可以通过爬取竞争对手的网站、消费者评论以及市场趋势信息，来进行市场分析，从而优化自身的产品和营销策略。
- 趋势预测：通过收集社交媒体数据、新闻文章等信息，可以分析公众情绪和趋势，为未来的决策提供依据。
- 学术研究：研究人员可以爬取大量数据以支持其研究，获取特定领域的资料或进行数据挖掘。
- 价格监控：电商平台和零售商可以爬取竞争对手的价格，监控市场动态，从而调整自己的定价策略。
- 内容聚合：聚合网站可以爬取多个来源的数据，通过汇总相关信息提供给用户，便于用户获取信息。
- 数据清洗与训练模型：在机器学习和人工智能领域，爬取的数据可以用于构建训练集，以此训练模型来提高预测精度。
- SEO优化：通过分析其他网站的关键词和流量数据，网站管理员可以改进自己网站的搜索引擎优化(SEO)策略。
爬虫的分类
爬虫分为通用爬虫与聚焦爬虫。通用爬虫是将整个网页下载到本地，形成一个互联网内容的镜像备份；聚焦爬虫是在实施网页抓取的时候会对内容进行处理筛选，尽量只获取与需求相关的数据。通用爬虫是具有非常大的局限性的，大多数情况下，网页中百分之95%的内容对用户来说都是无用的，如果将整个网页都下载下来，就会显得很多余。其次，现在的网页当中是存在图片、音乐或者视频的，通用爬虫对这些数据无能为力，不能较好的去处理获取这些数据。针对这些情况，导致通用爬虫难以发展，聚焦爬虫得到了广泛的应用，目前市面上的爬虫几乎都是聚焦爬虫。
爬虫不能做的事情
- 法律合规：在很多国家和地区，未经允许爬取网站数据可能违反法律法规，例如违反《著作权法》和《计算机 fraud and abuse act》。爬虫使用者需确保其行为合法。
- 网站协议：许多网站在其“robots.txt”文件中明确规定了允许或禁止爬取的规则，爬虫必须遵循这些规则，尊重网站的使用条款。
- 道德规范：即使法律上不禁止，爬虫的使用也应遵循道德规范，避免对网站造成负担，确保不会影响用户体验或服务的正常运行。
- 数据隐私：涉及个人数据的爬取必须遵守相关的数据保护法律，例如GDPR等，确保不侵犯用户隐私。
- 频率限制：过于频繁的请求可能会导致目标网站的服务器崩溃或封禁，因此需要合理控制爬取的频率。
- robots协议。规定了哪些数据能爬哪些数据不能爬。又名为君子协议，是一条不成文的规定，没有法律效应也没有强制作用。想要查看网站的robots协议只需要在该网站域名后面跟上robots.txt即可。
爬虫应该怎么写
明确目标
明确目标主要是需要明确所需要爬取的网站的 url (网址，路由，也叫统一资源定位符)（用于完整的描述internet网页和其他资源地址的一种标识方法。）以python官网首页url为例： https://docs.python.org/zh-cn/3/tutorial/index.html ， https 为协议，后面的 docs.python.org 为python官网的域名 zh-cn/3/tutorial/in dex.html 为路由。可能大家在平时浏览网页的过程中也看到过 http 形式的协议，那这两种分别是什么东西，又都有什么不同的地方呢？
HTTP与HTTPS
HTTP：超文本传输协议，是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。简单来说就是接收和发布HTML页面的方法，用于web浏览器和网站服务器之间传递信息。默认工作在TCP协议端口为80端口，以http://开头的网站都是使用的HTTP协议。HTTP协议以明文的方式进行发送，不对内容进行加密，如若被攻击者截取了浏览器与网站服务器之间的传输报文，就能够直接读取其中的信息。因此HTTP协议不适合用于传输敏感信息。
HTTPS：超文本传输安全协议，是一种透过计算机网络进行安全传输的协议，HTTPS经由HTTP进行通信，但是利用了SSL/TLS来加密数据包。HTTPS 开发的主要目的，是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。默认工作在TCP协议443端口。
这2个的区别：
域名
(以下解释来源于百度百科)域名（英语：Domain Name），又称网域，是由一串用点分隔的名字组成的internet上某一台计算机或计算机组的名称，用于在数据传输时对计算机的定位标识（有时也指地理位置）。由于IP地址具有不方便记忆并且不能显示地址组织的名称和性质等缺点，人们设计出了域名，并通过网域名称系统（DNS，Domain Name System）来将域名和IP地址相互映射，使人更方便地访问互联网，而不必去记住能够被机器直接读取的IP地址数串。
特点：独一无二，不可重复。
路由
路由（routing）是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程。
浏览网页的基本流程
比如我们在浏览器地址栏输入：https://www.baidu.com，回车后会浏览器会显示百度的首页。这是一个发起请求获取响应的过程，这段过程发生了以下四个步骤：
a. 浏览器通过 DNS服务器 查找域名对应的 IP地址;
b. 向 IP地址 对应的 Web服务器 发送请求；
c. Web服务器 响应请求，发回 HTML页面；
d. 浏览器解析 HTML内容，并显示出来。
DNS服务器：DNS是计算机域名系统 (Domain Name System 或Domain Name Service) 的缩写，由解析器和域名服务器组成的。域名服务器是指保存有该网络中所有主机的域名和对应IP地址，并具有将域名转换为IP地址功能的服务器。一个域名必须对应一个IP地址，而一个IP地址不一定会有域名。
爬取数据
发起请求
发起请求 (当用户在浏览器的地址栏中输入一个URL地址并按回车键之后，浏览器会向HTTP服务器发送HTTP请求)。http请求方式主要有两种：get请求与post请求。比如我们在浏览器中输入一个关键词回车进行搜索，这个请求就是一个get请求。那一般post请求在什么地方会用到呢，举一个最常见的例子，各位在登录账号的时候，输入账号或者用户名邮箱手机号等等，再输入密码，点击登录，这个登录请求就是一个post请求。这两种请求方式最直观的区别就是，get请求会把参数以明文的形式显示出来，而post请求则不会讲明文显示。
get请求与post请求的区别：
请求头是HTTP请求中的一种标头，它由关键字/值对组成，用英文冒号“:”分隔。请求头用于说明请求的来源、类型、条件、喜好、能力等信息，以便服务器根据客户端的情况提供更好的响应。请求头包含请求时的头部信息，请求头可能包含的字段有Accept、Host、User-Agent、Authorization等，请求头部信息是可以相信的。
请求体是客户端发送给API的数据，它是HTTP请求报文的一部分，可以通过不同的请求方法（如GET、POST等）和格式（如键值对、JSON等）编码。请求体和请求URL都可以传递请求参数。
获取响应
响应状态：HTTP状态码（响应码）是用来表示HTTP请求是否已经完成，HTTP状态类型一个分为五大类“消息响应、成功响应、重定响应、客户端错误”，所有状态码第一个数字代表了响应的五种状态之一。
响应头是一种 HTTP 标头，其可以用于 HTTP 响应，且与响应消息主体无关。被用于提供更详细的响应上下文。就是服务器告诉我们的信息，比如内容，内容长度，服务器信息等。响应头是不可信的。响应体就是请求内容的资源内容，如果网页的HTML。
取存数据
一般对一个网页的请求url发起请求，获取到响应数据会是一个HTML，倘若目标数据在该HTML结构中，还需要对响应数据进行数据解析。解析方式有多种：正则解析，bs4解析，Xpath解析以及针对 json数据的jsonpath解析；这些方式在之后都会讲到的，讲到了再详细解释。包括数据存储，数据存储可以按照数据类型保存为该类型的本地文件，如文本数据的txt，json格式的json文件，图片数据的jpg、png等格式，音频的m4a、mp3格式，视频的ts、MP4等格式。数据还可以保存到excel表格，数据库 (mysql、mongodb、redis)中。取存数据本文先不赘述，后续文档中再对上文提到的方式一一进行细致讲解。
开发者工具（重点）
每一个现代网络浏览器都包含一套强大的开发工具套件。这些工具可以检查当前加载的 HTML、CSS 和 JavaScript，显示每个资源页面的请求以及载入所花费的时间，以及其他功能。
调出开发者工具
如何调出浏览器开发者工具呢？这里提供三种方式：
a. F12键（笔记本键有的是Fn + F12）;
b. 快捷键 Ctrl + Shift + I（也就是i）；
c. 右键后点击选项栏里面的检查选项（360浏览器为审查元素(N)）。
开发者工具最常用的四大功能选项卡
ELements（元素）、Console（控制台）、Sources（源代码），Network（网络）。
Elements（元素）：这里显示的是整个网页页面的HTML结构，能够查看页面里的所有元素，还能查看修改元素的属性以及查看修改css属性、监听事件，下DOM断点等等。很多人会有一个误区，都以为对页面请求url发起请求拿到的响应数据结构会和Elements内的结构相同，其实大多数都是不同的，Elements内的数据是所有的文件加载渲染后的结构，而响应的结构就只是单个页面的响应结构，所以这一点是点区分开的。
Console（控制台）：这里可以执行js代码以及查看js对象与其属性，页面加载的js代码输出的日志信息也会在这里显示，以及js运行过程中的bug报错信息也会显示在这里。
Sources（源代码）：查看源文件，在源代码中可以查看当前网页所有的文件，如js、html、css、图片等。除了查看文件功能之外，此处还能够新建脚本以浏览器环境运行脚本，以及下断点，查看断点信息，跟栈等功能。
Network（网络）：该选项卡是爬虫开发过程中最常用到的一个选项卡。
保留日志：勾选上每次刷新不会清空前一次的请求，不勾选每次请求都会刷新清空上次的请求（一般勾选）。
禁用缓存：勾选每次就会重新请求服务器得到资源，不勾选是拿内存中已经缓存的资源，不会再去请求服务器有有一些不会进行网络请求（必须勾选）。随便点击一个数据包会弹出如下界面，头部信息包含数据包的一些常规信息（请求url、请求方式、状态码、远程地址、引⽤站点策略），响应头与请求头信息
常见的请求报头
Host (主机和端口号)：对应网址URL中的Web名称和端口号，用于指定被请求资源的Internet主机和端口号，通常属于URL的Host部分；
User-Agent (浏览器名称)：标识客户端身份的名称，通常页面会根据不同的User-Agent信息自动做出适配，甚至返回不同的响应内容。
Accept(传输文件类型) ：指浏览器或其他客户端可以接受的MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions（多用途互联网邮件扩展））文件类型，服务器可以根据它判断并返回适当的文件格式；
Referer (页面跳转来源)：表明产生请求的页面来自于哪个URL，用户是从该 Referer页面访问到当前请求的页面。这个属性可以用来跟踪Web请求来自哪个页面，是从什么网站来的等；
Accept-Encoding（文件编解码格式）：指出浏览器可以接受的编码方式。编码方式不同于文件格式，它是为了压缩文件并加速文件传递速度。浏览器在接收到Web响应之后先解码，然后再检查文件格式，许多情形下这可以减少大量的下载时间；
Accept-Language（语言种类）：指出浏览器可以接受的语种种类，如en或en-us指英语，zh或者zh-cn指中文，当服务器能够提供一种以上的语种版本时要用来到；
Accept-Charset（字符编码）:指出浏览器可以接受的字符编码;
Cookie：浏览器用这个属性向服务器发送Cookie。Cookie是在浏览器中寄存的小型数据体，它可以记载和服务器相关的用户信息，也可以用来实现模拟登陆，之后会详细讲。
常见的响应报头
Cache-Control：这个值告诉客户端，服务端不希望客户端缓存资源，在下次请求资源时，必须要从新请求服务器，不能从缓存副本中获取资源；
Content-Encoding:gzip：告诉客户端，服务端发送的资源是采用gzip编码的，客户端看到这个信息后，应该采用gzip对资源进行解码；
Content-Type：text/html;charset=UTF-8:资源文件的类型，还有字符编码，客户端通过utf-8对资源进行解码，然后对资源进行html解析。通常我们会看到有些网站是乱码的，往往就是服务器端没有返回正确的编码；
Date：Sun, 21 Sep 2016 06:18:21 GMT：这个是服务端发送资源时的服务器时间，GMT是格林尼治所在地的标准时间。http协议中发送的时间都是GMT的，这主要是解决在互联网上，不同时区在相互请求资源的时候，时间混乱问题；
Server：Tengine/1.4.6：这个是服务器和相对应的版本，只是告诉客户端服务器的信息。