【python爬虫】12.建立你的爬虫大军

前言

照旧来回顾上一关的知识点！上一关我们学习如何将爬虫的结果发送邮件，和定时执行爬虫。

关于邮件，它是这样一种流程：

我们要用到的模块是smtplib和email，前者负责连接服务器、登录、发送和退出的流程。后者负责填输邮件的标题与正文。

最后一个示例代码，是这个模样：

import smtplib 
from email.mime.text import MIMEText
from email.header import Header
#引入smtplib、MIMEText和Header

mailhost='smtp.qq.com'
#把qq邮箱的服务器地址赋值到变量mailhost上，地址应为字符串格式
qqmail = smtplib.SMTP()
#实例化一个smtplib模块里的SMTP类的对象，这样就可以调用SMTP对象的方法和属性了
qqmail.connect(mailhost,25)
#连接服务器，第一个参数是服务器地址，第二个参数是SMTP端口号。
#以上，皆为连接服务器。

account = input('请输入你的邮箱：')
#获取邮箱账号，为字符串格式
password = input('请输入你的密码：')
#获取邮箱密码，为字符串格式
qqmail.login(account,password)
#登录邮箱，第一个参数为邮箱账号，第二个参数为邮箱密码
#以上，皆为登录邮箱。

receiver=input('请输入收件人的邮箱：')
#获取收件人的邮箱。

content=input('请输入邮件正文：')
#输入你的邮件正文，为字符串格式
message = MIMEText(content, 'plain', 'utf-8')
#实例化一个MIMEText邮件对象，该对象需要写进三个参数，分别是邮件正文，文本格式和编码
subject = input('请输入你的邮件主题：')
#输入你的邮件主题，为字符串格式
message['Subject'] = Header(subject, 'utf-8')
#在等号的右边是实例化了一个Header邮件头对象，该对象需要写入两个参数，分别是邮件主题和编码，然后赋值给等号左边的变量message['Subject']。
#以上，为填写主题和正文。

try:
    qqmail.sendmail(account, receiver, message.as_string())
    print ('邮件发送成功')
except:
    print ('邮件发送失败')
qqmail.quit()
#以上为发送邮件和退出邮箱。

对于定时，我们选取了schedule模块，它的用法非常简洁，官方文档里是这样讲述：

下面的代码是示例：

import schedule
import time
#引入schedule和time

def job():
    print("I'm working...")
#定义一个叫job的函数，函数的功能是打印'I'm working...'

schedule.every(10).minutes.do(job)       #部署每10分钟执行一次job()函数的任务
schedule.every().hour.do(job)            #部署每×小时执行一次job()函数的任务
schedule.every().day.at("10:30").do(job) #部署在每天的10:30执行job()函数的任务
schedule.every().monday.do(job)          #部署每个星期一执行job()函数的任务
schedule.every().wednesday.at("13:15").do(job)#部署每周三的13：15执行函数的任务

while True:
    schedule.run_pending()
    time.sleep(1)    
#15-17都是检查部署的情况，如果任务准备就绪，就开始执行任务。    

协程是什么

我们已经做过不少爬虫项目，不过我们爬取的数据都不算太大，如果我们想要爬取的是成千上万条的数据，那么就会遇到一个问题：因为程序是一行一行依次执行的缘故，要等待很久，我们才能拿到想要的数据。

既然一个爬虫爬取大量数据要爬很久，那我们能不能让多个爬虫一起爬取？

这样无疑能提高爬取的效率，就像一个人干不完的活儿，组个团队一起干，活一下被干完了。

这是一个很好的思路——让多个爬虫帮我们干活。但具体怎么用Python实现这事呢？

我们可以先别急着想怎么实现这件事，后面我会跟你说。

现在，你先跟我想象一个情景：

相信你肯定会这么做：把三部电影都点击下载。看哪一部先下载好了，就先看哪一部，让还没有下载完的电影持续保持下载状态。

如果用计算机里的概念来解释这件事的话：在一个任务未完成时，就可以执行其他多个任务，彼此不受影响（在看第一部下载好的电影时，其他电影继续保持下载状态，彼此之间不受影响），叫异步。

有异步的概念，那应该也有同步的概念吧？是的，同步就是一个任务结束才能启动下一个（类比你看完一部电影，才能去看下一部电影）。

显然，异步执行任务会比同步更加节省时间，因为它能减少不必要的等待。如果你需要对时间做优化，异步是一个很值得考虑的方案。

如果我们把同步与异步的概念迁移到网络爬虫的场景中，那我们之前学的爬虫方式都是同步的。

爬虫每发起一个请求，都要等服务器返回响应后，才会执行下一步。而很多时候，由于网络不稳定，加上服务器自身也需要响应的时间，导致爬虫会浪费大量时间在等待上。这也是爬取大量数据时，爬虫的速度会比较慢的原因。

那我们是不是可以采取异步的爬虫方式，让多个爬虫在执行任务时保持相对独立，彼此不受干扰，这样不就可以免去等待时间？显然这样爬虫的效率和速度都会提高。

怎样才能实现异步的爬虫方式，提高爬虫的效率呢？要回答这个问题的话，得了解一点点计算机的历史小知识。

我们知道每台计算机都靠着CPU（中央处理器）干活。在过去，单核CPU的计算机在处理多任务时，会出现一个问题：每个任务都要抢占CPU，执行完了一个任务才开启下一个任务。CPU毕竟只有一个，这会让计算机处理的效率很低。

为了解决这样的问题，一种非抢占式的异步技术被创造了出来，这种方式叫多协程（在此，多是多个的意思）。

它的原理是：一个任务在执行过程中，如果遇到等待，就先去执行其他的任务，当等待结束，再回来继续之前的那个任务。在计算机的世界，这种任务来回切换得非常快速，看上去就像多个任务在被同时执行一样。

这就好比当你要做一桌饭菜，你可以在等电饭煲蒸饭的时候去炒菜。而不是等饭做好，再去炒菜。你还是那个你，但工作时间就这样被缩短了。多协程能够缩短工作时间的原理，也是如此。

所以，要实现异步的爬虫方式的话，需要用到多协程。在它的帮助下，我们能实现前面提到的“让多个爬虫替我们干活”。

那么，新的问题来了——怎么使用多协程？

多协程的用法

gevent库

所以，接下来我会带你了解gevent的用法，和实操一个多协程案例：爬取8个网站（包括百度、新浪、搜狐、腾讯、网易、爱奇艺、天猫、凤凰）。

我们先用之前同步的爬虫方式爬取这8个网站，然后等下再和gevent异步爬取做一个对比。

请你先认真看一遍左边的代码，再运行。

import requests,time
#导入requests和time
start = time.time()
#记录程序开始时间

url_list = ['https://www.baidu.com/',
'https://www.sina.com.cn/',
'http://www.sohu.com/',
'https://www.qq.com/',
'https://www.163.com/',
'http://www.iqiyi.com/',
'https://www.tmall.com/',
'http://www.ifeng.com/']
#把8个网站封装成列表

for url in url_list:
#遍历url_list
    r = requests.get(url)
    #用requests.get()函数爬取网站
    print(url,r.status_code)
    #打印网址和抓取请求的状态码

end = time.time()
#记录程序结束时间
print(end-start)
#end-start是结束时间减去开始时间，就是最终所花时间。
#最后，把时间打印出来。

运行结果：

https://www.baidu.com/ 200
https://www.sina.com.cn/ 200
http://www.sohu.com/ 200
https://www.qq.com/ 200
https://www.163.com/ 200
http://www.iqiyi.com/ 200
https://www.tmall.com/ 200
http://www.ifeng.com/ 200
1.7253923416137695

程序运行后，你会看到同步的爬虫方式，是依次爬取网站，并等待服务器响应（状态码为200表示正常响应）后，才爬取下一个网站。比如第一个先爬取了百度的网址，等服务器响应后，再去爬取新浪的网址，以此类推，直至全部爬取完毕。

为了让你能更直观地看到爬虫完成任务所需的时间，我导入了time模块，记录了程序开始和结束的时间，最后打印出来的就是爬虫爬取这8个网站所花费的时间。

如果我们用了多协程来爬取会有什么不同？

你可以先运行下面的代码看看（直接运行体验）。

from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import gevent,time,requests

start = time.time()

url_list = ['https://www.baidu.com/',
'https://www.sina.com.cn/',
'http://www.sohu.com/',
'https://www.qq.com/',
'https://www.163.com/',
'http://www.iqiyi.com/',
'https://www.tmall.com/',
'http://www.ifeng.com/']

def crawler(url):
    r = requests.get(url)
    print(url,time.time()-start,r.status_code)

tasks_list = []

for url in url_list:
    task = gevent.spawn(crawler,url)
    tasks_list.append(task)
gevent.joinall(tasks_list)
end = time.time()
print(end-start)

运行结果：

https://www.baidu.com/ 0.13728904724121094 200
https://www.sina.com.cn/ 0.14090418815612793 200
https://www.163.com/ 0.1483287811279297 200
https://www.qq.com/ 0.1953425407409668 200
https://www.tmall.com/ 0.24243402481079102 200
http://www.ifeng.com/ 0.2494034767150879 200
http://www.sohu.com/ 0.3105161190032959 200
http://www.iqiyi.com/ 0.7928042411804199 200
0.7928953170776367

程序运行后，打印出了网址、每个请求运行的时间、状态码和爬取8个网站最终所用时间。

通过每个请求运行的时间，我们能知道：爬虫用了异步的方式抓取了8个网站，因为每个请求完成的时间并不是按着顺序来的。比如在我测试运行这个代码的时候，最先爬取到的网站是搜狐，接着是凤凰，并不是百度和新浪。

且每个请求完成时间之间的间隔都非常短，你可以看作这些请求几乎是“同时”发起的。

通过对比同步和异步爬取最终所花的时间，用多协程异步的爬取方式，确实比同步的爬虫方式速度更快。

其实，我们案例爬取的数据量还比较小，不能直接体现出更大的速度差异。如果爬的是大量的数据，运用多协程会有更显著的速度优势。

比如我做了一个测试：把爬取8个网站变成爬取80个网站，用同步的爬取方式大概需要花17.3秒，但用多协程异步爬取只需大概4.5秒，整个爬取效率提升了280%+。

现在，我们一行行来看刚刚用了gevent的代码。

提醒：导入gevent库前，得先安装它。如果你想要在自己本地电脑操作的话，就需要在本地上安装。（安装方法：window电脑：在终端输入命令：pip install gevent，按下enter键；mac电脑：在终端输入命令：pip3 install gevent，按下enter键）

from gevent import monkey
#从gevent库里导入monkey模块。
monkey.patch_all()
#monkey.patch_all()能把程序变成协作式运行，就是可以帮助程序实现异步。
import gevent,time,requests
#导入gevent、time、requests。

start = time.time()
#记录程序开始时间。

url_list = ['https://www.baidu.com/',
'https://www.sina.com.cn/',
'http://www.sohu.com/',
'https://www.qq.com/',
'https://www.163.com/',
'http://www.iqiyi.com/',
'https://www.tmall.com/',
'http://www.ifeng.com/']
#把8个网站封装成列表。

def crawler(url):
#定义一个crawler()函数。
    r = requests.get(url)
    #用requests.get()函数爬取网站。
    print(url,time.time()-start,r.status_code)
    #打印网址、请求运行时间、状态码。

tasks_list = [ ]
#创建空的任务列表。

for url in url_list:
#遍历url_list。
    task = gevent.spawn(crawler,url)
    #用gevent.spawn()函数创建任务。
    tasks_list.append(task)
    #往任务列表添加任务。
gevent.joinall(tasks_list)
#执行任务列表里的所有任务，就是让爬虫开始爬取网站。
end = time.time()
#记录程序结束时间。
print(end-start)
#打印程序最终所需时间。

上面代码涉及到gevent的语法，有些可能你还看不懂，不要慌，我跟你一个个具体解释一遍。

第1、3行代码：从gevent库里导入了monkey模块，这个模块能将程序转换成可异步的程序。monkey.patch_all()，它的作用其实就像你的电脑有时会弹出“是否要用补丁修补漏洞或更新”一样。它能给程序打上补丁，让程序变成是异步模式，而不是同步模式。它也叫“猴子补丁”。

我们要在导入其他库和模块前，先把monkey模块导入进来，并运行monkey.patch_all()。这样，才能先给程序打上补丁。你也可以理解成这是一个规范的写法。

第5行代码：我们导入了gevent库来帮我们实现多协程，导入了time模块来帮我们记录爬取所需时间，导入了requests模块帮我们实现爬取8个网站。

第21、23、25行代码：我们定义了一个crawler函数，只要调用这个函数，它就会执行【用requests.get()爬取网站】和【打印网址、请求运行时间、状态码】这两个任务。

第33行代码：因为gevent只能处理gevent的任务对象，不能直接调用普通函数，所以需要借助gevent.spawn()来创建任务对象。

这里需要注意一点：gevent.spawn()的参数需为要调用的函数名及该函数的参数。比如，gevent.spawn(crawler,url)就是创建一个执行crawler函数的任务，参数为crawler函数名和它自身的参数url。

第35行代码：用append函数把任务添加到tasks_list的任务列表里。

第37行代码：调用gevent库里的joinall方法，能启动执行所有的任务。gevent.joinall(tasks_list)就是执行tasks_list这个任务列表里的所有任务，开始爬取。

总结一下用gevent实现多协程爬取的重点：

到这里，用gevent实操抓取8个网站我们已经完成，gevent的基础语法我们也大致了解。

那如果我们要爬的不是8个网站，而是1000个网站，我们可以怎么做？

用我们刚刚学的gevent语法，我们可以用gevent.spawn()创建1000个爬取任务，再用gevent.joinall()执行这1000个任务。

但这种方法会有问题：执行1000个任务，就是一下子发起1000次请求，这样子的恶意请求，会拖垮网站的服务器。

既然这种直接创建1000个任务的方式不可取，那我们能不能只创建成5个任务，但每个任务爬取200个网站？

假设我们有1000个任务，那创建5个任务，每个任务爬取200个网站的代码可以写成如下的样子（此代码仅做展示，并不可运行）：

from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import gevent,time,requests

start = time.time()
url_list = ['https://www.baidu.com/',
'https://www.sina.com.cn/',
'http://www.sohu.com/',
'https://www.qq.com/',
'https://www.163.com/',
'http://www.iqiyi.com/',
'https://www.tmall.com/',
'http://www.ifeng.com/'
……
#假设有1000个网址
]

def crawler(url_list):
#定义一个crawler()函数。
    for url in url_list:
        r = requests.get(url)
        print(url,time.time()-start,r.status_code)

tasks_list = [ ]
#创建空的任务列表。
for i in range(5):
    task = gevent.spawn(crawler,url_list[i*200:(i+1)*200])
    #用gevent.spawn()函数创建5个任务。
    tasks_list.append(task)
    #往任务列表添加任务。

gevent.joinall(tasks_list)
end = time.time()
print(end-start)

遗憾地告诉你，这么做也还是会有问题的。就算我们用gevent.spawn()创建了5个分别执行爬取200个网站的任务，这5个任务之间是异步执行的，但是每个任务（爬取200个网站）内部是同步的。

这意味着：如果有一个任务在执行的过程中，它要爬取的一个网站一直在等待响应，哪怕其他任务都完成了200个网站的爬取，它也还是不能完成200个网站的爬取。

这个方法也不行，那还有什么方法呢？

这时我们可以从实际生活的案例中得到启发。想想银行是怎么在一天内办理1000个客户的业务的。

银行会开设办理业务的多个窗口，让客户取号排队，由银行的叫号系统分配客户到不同的窗口去办理业务。

在gevent库中，也有一个模块可以实现这种功能——queue模块。

queue模块

当我们用多协程来爬虫，需要创建大量任务时，我们可以借助queue模块。

queue翻译成中文是队列的意思。我们可以用queue模块来存储任务，让任务都变成一条整齐的队列，就像银行窗口的排号做法。因为queue其实是一种有序的数据结构，可以用来存取数据。

这样，协程就可以从队列里把任务提取出来执行，直到队列空了，任务也就处理完了。就像银行窗口的工作人员会根据排号系统里的排号，处理客人的业务，如果已经没有新的排号，就意味着客户的业务都已办理完毕。

接下来，我们来实操看看，可以怎么用queue模块和协程配合，依旧以抓取8个网站为例。

请先运行下面的代码。

from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import gevent,time,requests
from gevent.queue import Queue

start = time.time()

url_list = ['https://www.baidu.com/',
'https://www.sina.com.cn/',
'http://www.sohu.com/',
'https://www.qq.com/',
'https://www.163.com/',
'http://www.iqiyi.com/',
'https://www.tmall.com/',
'http://www.ifeng.com/']

work = Queue()
for url in url_list:
    work.put_nowait(url)

def crawler():
    while not work.empty():
        url = work.get_nowait()
        r = requests.get(url)
        print(url,work.qsize(),r.status_code)

tasks_list  = [ ]

for x in range(2):
    task = gevent.spawn(crawler)
    tasks_list.append(task)
gevent.joinall(tasks_list)

end = time.time()
print(end-start)

运行结果：

https://www.sina.com.cn/ 6 200
https://www.baidu.com/ 5 200
https://www.qq.com/ 4 200
http://www.sohu.com/ 3 200
https://www.163.com/ 2 200
https://www.tmall.com/ 1 200
http://www.ifeng.com/ 0 200
http://www.iqiyi.com/ 0 200
0.9640278816223145

网址后面的数字指的是队列里还剩的任务数，比如第一个网址后面的数字6，就是此时队列里还剩6个抓取其他网址的任务。

现在，我们把刚刚运行的代码拆成4部分来讲解，第1部分是导入模块。

from gevent import monkey
#从gevent库里导入monkey模块。
monkey.patch_all()
#monkey.patch_all()能把程序变成协作式运行，就是可以帮助程序实现异步。
import gevent,time,requests
#导入gevent、time、requests
from gevent.queue import Queue
#从gevent库里导入queue模块

因为gevent库里就带有queue，所以我们用【from gevent.queue import Queue】就能把queue模块导入。其他模块和代码我们在讲解gevent时已经讲解过了，相信你能懂。

第2部分，是如何创建队列，以及怎么把任务存储进队列里。

start = time.time()
#记录程序开始时间

url_list = ['https://www.baidu.com/',
'https://www.sina.com.cn/',
'http://www.sohu.com/',
'https://www.qq.com/',
'https://www.163.com/',
'http://www.iqiyi.com/',
'https://www.tmall.com/',
'http://www.ifeng.com/']

work = Queue()
#创建队列对象，并赋值给work。
for url in url_list:
#遍历url_list
    work.put_nowait(url)
    #用put_nowait()函数可以把网址都放进队列里。

用Queue()能创建queue对象，相当于创建了一个不限任何存储数量的空队列。如果我们往Queue()中传入参数，比如Queue(10)，则表示这个队列只能存储10个任务。

创建了queue对象后，我们就能调用这个对象的put_nowait方法，把我们的每个网址都存储进我们刚刚建立好的空队列里。

work.put_nowait(url)这行代码就是把遍历的8个网站，都存储进队列里。

第3部分，是定义爬取函数，和如何从队列里提取出刚刚存储进去的网址。

def crawler():
    while not work.empty():
    #当队列不是空的时候，就执行下面的程序。
        url = work.get_nowait()
        #用get_nowait()函数可以把队列里的网址都取出。
        r = requests.get(url)
        #用requests.get()函数抓取网址。
        print(url,work.qsize(),r.status_code)
        #打印网址、队列长度、抓取请求的状态码。

这里定义的crawler函数，多了三个你可能看不懂的代码：
1.while not work.empty()：
2.url = work.get_nowait()
3.work.qsize()。

这三个代码涉及到queue对象的三个方法：
empty方法，是用来判断队列是不是空了的
get_nowait方法，是用来从队列里提取数据的
qsize方法，是用来判断队列里还剩多少数量的。

当然，queue对象的方法还不止这几种，比如有判断队列是否为空的empty方法，对应也有判断队列是否为满的full方法。

你是不是觉得queue对象这么多方法，一下子记不住？其实，这些不需要你死记硬背的，附上一张queue对象的方法表，你只需要在用到的时候，查查表就好。

代码的前3部分，我们讲解完了。如果你能明白队列怎么创建、数据怎么存储进队列，以及怎么从队列里提取出的数据，就说明queue模块的重点内容你都掌握了。

接在第3部分代码的后面，就是让爬虫用多协程执行任务，爬取队列里的8个网站的代码（重点看有注释的代码）。

def crawler():
    while not work.empty():
        url = work.get_nowait()
        r = requests.get(url)
        print(url,work.qsize(),r.status_code)

tasks_list  = [ ]
#创建空的任务列表
for x in range(2):
#相当于创建了2个爬虫
    task = gevent.spawn(crawler)
    #用gevent.spawn()函数创建执行crawler()函数的任务。
    tasks_list.append(task)
    #往任务列表添加任务。
gevent.joinall(tasks_list)
#用gevent.joinall方法，执行任务列表里的所有任务，就是让爬虫开始爬取网站。
end = time.time()
print(end-start)

用一张图可以来解释这个过程：

我们创建了两只可以异步爬取的爬虫。它们会从队列里取走网址，执行爬取任务。一旦一个网址被一只爬虫取走，另一只爬虫就取不到了，另一只爬虫就会取走下一个网址。直至所有网址都被取走，队列为空时，爬虫就停止工作。

用协程技术和队列爬取8个网站的完整代码如下：

from gevent import monkey
#从gevent库里导入monkey模块。
monkey.patch_all()
#monkey.patch_all()能把程序变成协作式运行，就是可以帮助程序实现异步。
import gevent,time,requests
#导入gevent、time、requests
from gevent.queue import Queue
#从gevent库里导入queue模块

start = time.time()

url_list = ['https://www.baidu.com/',
'https://www.sina.com.cn/',
'http://www.sohu.com/',
'https://www.qq.com/',
'https://www.163.com/',
'http://www.iqiyi.com/',
'https://www.tmall.com/',
'http://www.ifeng.com/']

work = Queue()
#创建队列对象，并赋值给work。
for url in url_list:
#遍历url_list
    work.put_nowait(url)
    #用put_nowait()函数可以把网址都放进队列里。

def crawler():
    while not work.empty():
    #当队列不是空的时候，就执行下面的程序。
        url = work.get_nowait()
        #用get_nowait()函数可以把队列里的网址都取出。
        r = requests.get(url)
        #用requests.get()函数抓取网址。
        print(url,work.qsize(),r.status_code)
        #打印网址、队列长度、抓取请求的状态码。

tasks_list  = [ ]
#创建空的任务列表
for x in range(2):
#相当于创建了2个爬虫
    task = gevent.spawn(crawler)
    #用gevent.spawn()函数创建执行crawler()函数的任务。
    tasks_list.append(task)
    #往任务列表添加任务。
gevent.joinall(tasks_list)
#用gevent.joinall方法，执行任务列表里的所有任务，就是让爬虫开始爬取网站。
end = time.time()
print(end-start)

请你动手把上面的代码敲一遍（不动手实践的爬虫学习都是耍流氓）。

动手总会有收获的。恭喜你，这一关的核心知识，实现多协程的gevent库和Queue模块，你都学完了！

拓展复习

不过，我还想和你拓展一点新的知识。

同样是要做饭菜，我们已经知道比先做饭再做菜更好的方式是，等待做饭的过程中去做菜。但其实还有更快的方案：让一个人负责做饭，一个人负责做菜。

继续说我们的计算机历史小知识：在后来，我们的CPU从单核终于进化到了多核，每个核都能够独立运作。计算机开始能够真正意义上同时执行多个任务（术语叫并行执行），而不是在多个任务之间来回切换（术语叫并发执行）。

比如你现在打开浏览器看着爬虫课程的同时，可以打开音乐播放器听歌，还可以打开Excel。对于多核CPU而言，这些任务就都是同时运行的。

时至今日，我们电脑一般都会是多核CPU。多协程，其实只占用了CPU的一个核运行，没有充分利用到其他核。利用CPU的多个核同时执行任务的技术，我们把它叫做“多进程”。

所以，真正大型的爬虫程序不会单单只靠多协程来提升爬取速度的。比如，百度搜索引擎，可以说是超大型的爬虫程序，它除了靠多协程，一定还会靠多进程，甚至是分布式爬虫。

多进程爬虫和分布式爬虫相对来说就比较复杂一些了，我这里不会多讲。需要进阶学习的同学，可以自己研究去学。

最后，是这一关的复习。

复习

同步与异步——

多协程，是一种非抢占式的异步方式。使用多协程的话，就能让多个爬取任务用异步的方式交替执行。

就是这些知识点了！ 我们下一关见！