如何在scrapy中集成selenium爬取网页的方法

1.背景

• 我们在爬取网页时一般会使用到三个爬虫库：requests，scrapy，selenium。requests一般用于小型爬虫，scrapy用于构建大的爬虫项目，而selenium主要用来应付负责的页面（复杂js渲染的页面，请求非常难构造，或者构造方式经常变化）。
• 在我们面对大型爬虫项目时，肯定会优选scrapy框架来开发，但是在解析复杂JS渲染的页面时，又很麻烦。 尽管使用selenium浏览器渲染来抓取这样的页面很方便，这种方式下，我们不需要关心页面后台发生了怎样的请求，也不需要分析整个页面的渲染过程，我们只需要关心页面最终结果即可，可见即可爬，但是selenium的效率又太低。
• 所以，如果可以在scrapy中，集成selenium，让selenium负责复杂页面的爬取，那么这样的爬虫就无敌了，可以爬取任何网站了。

2. 环境

• python 3.6.1
• 系统：win7
• IDE：pycharm
• 安装过chrome浏览器
• 配置好chromedriver（设置好环境变量）
• selenium 3.7.0
• scrapy 1.4.0

3.原理分析

3.1. 分析request请求的流程

首先看一下scrapy最新的架构图：

部分流程：

第一：爬虫引擎生成requests请求，送往scheduler调度模块，进入等待队列，等待调度。

第二：scheduler模块开始调度这些requests，出队，发往爬虫引擎。

第三：爬虫引擎将这些requests送到下载中间件（多个，例如加header，代理，自定义等等）进行处理。

第四：处理完之后，送往Downloader模块进行下载。从这个处理过程来看，突破口就在下载中间件部分，用selenium直接处理掉request请求。

3.2. requests和response中间处理件源码分析

相关代码位置：

源码解析：

# 文件：E:\Miniconda\Lib\site-packages\scrapy\core\downloader\middleware.py
"""
Downloader Middleware manager

See documentation in docs/topics/downloader-middleware.rst
"""
import six

from twisted.internet import defer

from scrapy.http import Request, Response
from scrapy.middleware import MiddlewareManager
from scrapy.utils.defer import mustbe_deferred
from scrapy.utils.conf import build_component_list

class DownloaderMiddlewareManager(MiddlewareManager):

  component_name = 'downloader middleware'

  @classmethod
  def _get_mwlist_from_settings(cls, settings):
    # 从settings.py或这custom_setting中拿到自定义的Middleware中间件
    '''
    'DOWNLOADER_MIDDLEWARES': {
      'mySpider.middlewares.ProxiesMiddleware': 400,
      # SeleniumMiddleware
      'mySpider.middlewares.SeleniumMiddleware': 543,
      'scrapy.downloadermiddlewares.useragent.UserAgentMiddleware': None,
    },
    '''
    return build_component_list(
      settings.getwithbase('DOWNLOADER_MIDDLEWARES'))

  # 将所有自定义Middleware中间件的处理函数添加到对应的methods列表中
  def _add_middleware(self, mw):
    if hasattr(mw, 'process_request'):
      self.methods['process_request'].append(mw.process_request)
    if hasattr(mw, 'process_response'):
      self.methods['process_response'].insert(0, mw.process_response)
    if hasattr(mw, 'process_exception'):
      self.methods['process_exception'].insert(0, mw.process_exception)

  # 整个下载流程
  def download(self, download_func, request, spider):
    @defer.inlineCallbacks
    def process_request(request):
      # 处理request请求，依次经过各个自定义Middleware中间件的process_request方法，前面有加入到list中
      for method in self.methods['process_request']:
        response = yield method(request=request, spider=spider)
        assert response is None or isinstance(response, (Response, Request)), \
            'Middleware %s.process_request must return None, Response or Request, got %s' % \
            (six.get_method_self(method).__class__.__name__, response.__class__.__name__)
        # 这是关键地方
        # 如果在某个Middleware中间件的process_request中处理完之后，生成了一个response对象
        # 那么会直接将这个response return 出去，跳出循环，不再处理其他的process_request
        # 之前我们的header，proxy中间件，都只是加个user-agent，加个proxy，并不做任何return值
        # 还需要注意一点:就是这个return的必须是Response对象
        # 后面我们构造的HtmlResponse正是Response的子类对象
        if response:
          defer.returnValue(response)
      # 如果在上面的所有process_request中，都没有返回任何Response对象的话
      # 最后，会将这个加工过的Request送往download_func，进行下载，返回的就是一个Response对象
      # 然后依次经过各个Middleware中间件的process_response方法进行加工，如下
      defer.returnValue((yield download_func(request=request,spider=spider)))

    @defer.inlineCallbacks
    def process_response(response):
      assert response is not None, 'Received None in process_response'
      if isinstance(response, Request):
        defer.returnValue(response)

      for method in self.methods['process_response']:
        response = yield method(request=request, response=response,
                    spider=spider)
        assert isinstance(response, (Response, Request)), \
          'Middleware %s.process_response must return Response or Request, got %s' % \
          (six.get_method_self(method).__class__.__name__, type(response))
        if isinstance(response, Request):
          defer.returnValue(response)
      defer.returnValue(response)

    @defer.inlineCallbacks
    def process_exception(_failure):
      exception = _failure.value
      for method in self.methods['process_exception']:
        response = yield method(request=request, exception=exception,
                    spider=spider)
        assert response is None or isinstance(response, (Response, Request)), \
          'Middleware %s.process_exception must return None, Response or Request, got %s' % \
          (six.get_method_self(method).__class__.__name__, type(response))
        if response:
          defer.returnValue(response)
      defer.returnValue(_failure)

    deferred = mustbe_deferred(process_request, request)
    deferred.addErrback(process_exception)
    deferred.addCallback(process_response)
    return deferred

4. 代码

在settings.py中，配置好selenium参数：

# 文件settings.py中

# ----------- selenium参数配置 -------------
SELENIUM_TIMEOUT = 25      # selenium浏览器的超时时间，单位秒
LOAD_IMAGE = True        # 是否下载图片
WINDOW_HEIGHT = 900       # 浏览器窗口大小
WINDOW_WIDTH = 900

在spider中，生成request时，标记哪些请求需要走selenium下载：

# 文件mySpider.py中
class mySpider(CrawlSpider):
  name = "mySpiderAmazon"
  allowed_domains = ['amazon.com']

  custom_settings = {
    'LOG_LEVEL':'INFO',
    'DOWNLOAD_DELAY': 0,
    'COOKIES_ENABLED': False, # enabled by default
    'DOWNLOADER_MIDDLEWARES': {
      # 代理中间件
      'mySpider.middlewares.ProxiesMiddleware': 400,
      # SeleniumMiddleware 中间件
      'mySpider.middlewares.SeleniumMiddleware': 543,
      # 将scrapy默认的user-agent中间件关闭
      'scrapy.downloadermiddlewares.useragent.UserAgentMiddleware': None,
    },

#.....................华丽的分割线.......................
# 生成request时，将是否使用selenium下载的标记，放入到meta中
yield Request(
  url = "https://www.amazon.com/",
  meta = {'usedSelenium': True, 'dont_redirect': True},
  callback = self.parseIndexPage,
  errback = self.error
)

在下载中间件middlewares.py中，使用selenium抓取页面（核心部分）

# -*- coding: utf-8 -*-
from selenium import webdriver
from selenium.common.exceptions import TimeoutException
from selenium.webdriver.common.by import By
from selenium.webdriver.support.ui import WebDriverWait
from selenium.webdriver.support import expected_conditions as EC
from selenium.webdriver.common.keys import Keys
from scrapy.http import HtmlResponse
from logging import getLogger
import time

class SeleniumMiddleware():
  # 经常需要在pipeline或者中间件中获取settings的属性，可以通过scrapy.crawler.Crawler.settings属性
  @classmethod
  def from_crawler(cls, crawler):
    # 从settings.py中，提取selenium设置参数，初始化类
    return cls(timeout=crawler.settings.get('SELENIUM_TIMEOUT'),
          isLoadImage=crawler.settings.get('LOAD_IMAGE'),
          windowHeight=crawler.settings.get('WINDOW_HEIGHT'),
          windowWidth=crawler.settings.get('WINDOW_WIDTH')
          )

  def __init__(self, timeout=30, isLoadImage=True, windowHeight=None, windowWidth=None):
    self.logger = getLogger(__name__)
    self.timeout = timeout
    self.isLoadImage = isLoadImage
    # 定义一个属于这个类的browser，防止每次请求页面时，都会打开一个新的chrome浏览器
    # 这样，这个类处理的Request都可以只用这一个browser
    self.browser = webdriver.Chrome()
    if windowHeight and windowWidth:
      self.browser.set_window_size(900, 900)
    self.browser.set_page_load_timeout(self.timeout)    # 页面加载超时时间
    self.wait = WebDriverWait(self.browser, 25)       # 指定元素加载超时时间

    def process_request(self, request, spider):
    '''
    用chrome抓取页面
    :param request: Request请求对象
    :param spider: Spider对象
    :return: HtmlResponse响应
    '''
    # self.logger.debug('chrome is getting page')
    print(f"chrome is getting page")
    # 依靠meta中的标记，来决定是否需要使用selenium来爬取
    usedSelenium = request.meta.get('usedSelenium', False)
    if usedSelenium:
      try:
        self.browser.get(request.url)
        # 搜索框是否出现
        input = self.wait.until(
          EC.presence_of_element_located((By.XPATH, "//div[@class='nav-search-field ']/input"))
        )
        time.sleep(2)
        input.clear()
        input.send_keys("iphone 7s")
        # 敲enter键, 进行搜索
        input.send_keys(Keys.RETURN)
        # 查看搜索结果是否出现
        searchRes = self.wait.until(
          EC.presence_of_element_located((By.XPATH, "//div[@id='resultsCol']"))
        )
      except Exception as e:
        # self.logger.debug(f'chrome getting page error, Exception = {e}')
        print(f"chrome getting page error, Exception = {e}")
        return HtmlResponse(url=request.url, status=500, request=request)
      else:
        time.sleep(3)
        return HtmlResponse(url=request.url,
                  body=self.browser.page_source,
                  request=request,
                  # 最好根据网页的具体编码而定
                  encoding='utf-8',
                  status=200)

5. 执行结果

6. 存在的问题

6.1. Spider关闭了，chrome没有退出。

2018-04-04 09:26:18 [scrapy.statscollectors] INFO: Dumping Scrapy stats:
{'downloader/response_bytes': 2092766,
'downloader/response_count': 2,
'downloader/response_status_count/200': 2,
'finish_reason': 'finished',
'finish_time': datetime.datetime(2018, 4, 4, 1, 26, 16, 763602),
'log_count/INFO': 7,
'request_depth_max': 1,
'response_received_count': 2,
'scheduler/dequeued': 2,
'scheduler/dequeued/memory': 2,
'scheduler/enqueued': 2,
'scheduler/enqueued/memory': 2,
'start_time': datetime.datetime(2018, 4, 4, 1, 25, 48, 301602)}
2018-04-04 09:26:18 [scrapy.core.engine] INFO: Spider closed (finished)

上面，我们是把browser对象放到了Middleware中间件中，只能做process_request和process_response, 没有说在中间件中介绍如何调用scrapy的close方法。

解决方案：利用信号量的方式，当收到spider_closed信号时，调用browser.quit()

6.2. 当一个项目同时启动多个spider，会共用到Middleware中的selenium，不利于并发。

因为用scrapy + selenium的方式，只有部分，甚至是一小部分页面会用到chrome，既然把chrome放到Middleware中有这么多限制，那为什么不能把chrome放到spider里面呢。这样的好处在于：每个spider都有自己的chrome，这样当启动多个spider时，就会有多个chrome，不是所有的spider共用一个chrome，这对我们的并发是有好处的。

解决方案：将chrome的初始化放到spider中，每个spider独占自己的chrome

7. 改进版代码

在settings.py中，配置好selenium参数：

# 文件settings.py中

# ----------- selenium参数配置 -------------
SELENIUM_TIMEOUT = 25      # selenium浏览器的超时时间，单位秒
LOAD_IMAGE = True        # 是否下载图片
WINDOW_HEIGHT = 900       # 浏览器窗口大小
WINDOW_WIDTH = 900

在spider中，生成request时，标记哪些请求需要走selenium下载：

# 文件mySpider.py中
# selenium相关库
from selenium import webdriver
from selenium.webdriver.support.ui import WebDriverWait

# scrapy 信号相关库
from scrapy.utils.project import get_project_settings
# 下面这种方式，即将废弃，所以不用
# from scrapy.xlib.pydispatch import dispatcher
from scrapy import signals
# scrapy最新采用的方案
from pydispatch import dispatcher

class mySpider(CrawlSpider):
  name = "mySpiderAmazon"
  allowed_domains = ['amazon.com']

  custom_settings = {
    'LOG_LEVEL':'INFO',
    'DOWNLOAD_DELAY': 0,
    'COOKIES_ENABLED': False, # enabled by default
    'DOWNLOADER_MIDDLEWARES': {
      # 代理中间件
      'mySpider.middlewares.ProxiesMiddleware': 400,
      # SeleniumMiddleware 中间件
      'mySpider.middlewares.SeleniumMiddleware': 543,
      # 将scrapy默认的user-agent中间件关闭
      'scrapy.downloadermiddlewares.useragent.UserAgentMiddleware': None,
    },

  # 将chrome初始化放到spider中，成为spider中的元素
  def __init__(self, timeout=30, isLoadImage=True, windowHeight=None, windowWidth=None):
    # 从settings.py中获取设置参数
    self.mySetting = get_project_settings()
    self.timeout = self.mySetting['SELENIUM_TIMEOUT']
    self.isLoadImage = self.mySetting['LOAD_IMAGE']
    self.windowHeight = self.mySetting['WINDOW_HEIGHT']
    self.windowWidth = self.mySetting['windowWidth']
    # 初始化chrome对象
    self.browser = webdriver.Chrome()
    if self.windowHeight and self.windowWidth:
      self.browser.set_window_size(900, 900)
    self.browser.set_page_load_timeout(self.timeout)    # 页面加载超时时间
    self.wait = WebDriverWait(self.browser, 25)       # 指定元素加载超时时间
    super(mySpider, self).__init__()
    # 设置信号量，当收到spider_closed信号时，调用mySpiderCloseHandle方法，关闭chrome
    dispatcher.connect(receiver = self.mySpiderCloseHandle,
              signal = signals.spider_closed
              )

  # 信号量处理函数：关闭chrome浏览器
  def mySpiderCloseHandle(self, spider):
    print(f"mySpiderCloseHandle: enter ")
    self.browser.quit()

#.....................华丽的分割线.......................
# 生成request时，将是否使用selenium下载的标记，放入到meta中
yield Request(
  url = "https://www.amazon.com/",
  meta = {'usedSelenium': True, 'dont_redirect': True},
  callback = self.parseIndexPage,
  errback = self.error
)

在下载中间件middlewares.py中，使用selenium抓取页面

# -*- coding: utf-8 -*-
from selenium import webdriver
from selenium.common.exceptions import TimeoutException
from selenium.webdriver.common.by import By
from selenium.webdriver.support.ui import WebDriverWait
from selenium.webdriver.support import expected_conditions as EC
from selenium.webdriver.common.keys import Keys
from scrapy.http import HtmlResponse
from logging import getLogger
import time

class SeleniumMiddleware():
  # Middleware中会传递进来一个spider，这就是我们的spider对象，从中可以获取__init__时的chrome相关元素
  def process_request(self, request, spider):
    '''
    用chrome抓取页面
    :param request: Request请求对象
    :param spider: Spider对象
    :return: HtmlResponse响应
    '''
    print(f"chrome is getting page")
    # 依靠meta中的标记，来决定是否需要使用selenium来爬取
    usedSelenium = request.meta.get('usedSelenium', False)
    if usedSelenium:
      try:
        spider.browser.get(request.url)
        # 搜索框是否出现
        input = spider.wait.until(
          EC.presence_of_element_located((By.XPATH, "//div[@class='nav-search-field ']/input"))
        )
        time.sleep(2)
        input.clear()
        input.send_keys("iphone 7s")
        # 敲enter键, 进行搜索
        input.send_keys(Keys.RETURN)
        # 查看搜索结果是否出现
        searchRes = spider.wait.until(
          EC.presence_of_element_located((By.XPATH, "//div[@id='resultsCol']"))
        )
      except Exception as e:
        print(f"chrome getting page error, Exception = {e}")
        return HtmlResponse(url=request.url, status=500, request=request)
      else:
        time.sleep(3)
        # 页面爬取成功，构造一个成功的Response对象(HtmlResponse是它的子类)
        return HtmlResponse(url=request.url,
                  body=spider.browser.page_source,
                  request=request,
                  # 最好根据网页的具体编码而定
                  encoding='utf-8',
                  status=200)

运行结果（spider结束，执行mySpiderCloseHandle关闭chrome浏览器）：

['categorySelectorAmazon1.pipelines.MongoPipeline']
2018-04-04 11:56:21 [scrapy.core.engine] INFO: Spider opened
2018-04-04 11:56:21 [scrapy.extensions.logstats] INFO: Crawled 0 pages (at 0 pages/min), scraped 0 items (at 0 items/min)
chrome is getting page
parseProductDetail url = https://www.amazon.com/, status = 200, meta = {'usedSelenium': True, 'dont_redirect': True, 'download_timeout': 25.0, 'proxy': 'http://H37XPSB6V57VU96D:CAB31DAEB9313CE5@proxy.abuyun.com:9020', 'depth': 0}
chrome is getting page
2018-04-04 11:56:54 [scrapy.core.engine] INFO: Closing spider (finished)
mySpiderCloseHandle: enter
2018-04-04 11:56:59 [scrapy.statscollectors] INFO: Dumping Scrapy stats:
{'downloader/response_bytes': 1938619,
'downloader/response_count': 2,
'downloader/response_status_count/200': 2,
'finish_reason': 'finished',
'finish_time': datetime.datetime(2018, 4, 4, 3, 56, 54, 301602),
'log_count/INFO': 7,
'request_depth_max': 1,
'response_received_count': 2,
'scheduler/dequeued': 2,
'scheduler/dequeued/memory': 2,
'scheduler/enqueued': 2,
'scheduler/enqueued/memory': 2,
'start_time': datetime.datetime(2018, 4, 4, 3, 56, 21, 642602)}
2018-04-04 11:56:59 [scrapy.core.engine] INFO: Spider closed (finished)

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