廖雨寒 杨彦松 张斌
睿哲科技股份有限公司
一、背景
随着网络的迅速发展，万维网成为大量信息的载体，如何有效地提取并利用这些信息成为一个巨大的挑战，网络爬虫（web crawler）随之而生。但是现在的网站很少有纯静态网页，大部分网站都通过JavaScript渲染、ajax异步等实现网页数据加载。对于目前的爬虫框架来说，基本都是爬取到的未渲染过的HTML源码，所以对于爬虫来说没真正做到浏览器的所见即所爬。对于scrapy来说，官方有一个scrapy－splash项目支持页面渲染解析，然而scrapy－splash在高并发状态下极其不稳定。一种方案是通过webkit浏览器引擎直接渲染，另一种方案是通过调用浏览器渲染。通过几种方案比较，最终选择了Google Chrome Devtools Protocol开发渲染功能。
二、渲染方案可行性分析
1．Scrapy－Splash
Scrapy－splash是scrapy官方团队提供的一个解决js渲染问题的方案。Splash是处理网页渲染的模块，它内部使用的开源的webkit浏览器引擎，通过HTTP API来使用渲染服务。在scrapy中通过DownloaderMiddleware处理网页请求，实际是去请求splash接口并得到渲染后的数据。
Splash优点：
可以并行处理多个网页
获取HTML结果和／或截取屏幕截图
关掉加载图片或使用 Adblock Plus规则使得渲染速度更快
使用JavaScript处理网页内容
使用Lua脚本
能够获得具体的HAR格式的渲染信息
然而在实际使用scrapy－splash的过程中，也遇到过一些splash的问题：
对于一些特殊网站，并不能很好的处理重定向，比如一些需要通过js渲染Cookie的页面，需要通过location对象重定向好几次才能到真正的页面，但是splash只是处理了第一次的渲染Cookie后并没有实现跳转
在并发的情况下，获取到的数据有时候是没有内容的
2．Scrapy－QtWebkit
Splash是采用Webkit引擎实现的网页渲染，可直接采用Webkit对接Scrapy实现渲染网页。在Qt库中有相应的QtWebkit模块，但是在Qt5．6版本以上QtWebkit就被淘汰了，代替它的是QtWebEngine，因此，选择QtWebKit时，建议使用Qt4或者Qt5．6之前的版本。
Webkit大致通过View－－＞Page－－＞Frame的流程来加载网页。通过这些模块，对于上面splash遇到重定向问题和空页面问题都能得到解决。
Webkit优点：
细粒度处理网页渲染
资源加载可控
直接交与webkit处理更效率
Webkit缺点：
内存资源占用较大
高并发处理网页过多容易引起C底层错误
三、Google Chrome Devtools Protocol
以上两种方案，都存在各自的缺点， 那有没有可能直接通过调用浏览器加载网页呢？事实上selenium可以操作浏览器。selenium操作chrome是使用chromedriver，chromedriver底层应用的是Chrome Devtools Protocol，因此，何不直接使用Chrome Devtools Protocol。
Chrome Devtools Protocol介绍
在Chrome／Chromium浏览器中，按F12会弹出调试工具，它是通过Chrome Devtools Protocol的协议来进行数据通讯。Chrome Devtools Protocol用来与浏览器页面（pages）交互和调试的协议通道。它采用websocket来与页面建立通信通道，由发送给页面的Commands和它所产生的Events组成。
在Chrome Devtools Protocol中，有很多不同的功能模块域（domains），类似于Chrome开发这工具的个功能模块。
然而对于此例的爬虫来说，只需要用到Network，Page，Runtime等几个功能模块域：
Network允许跟踪页面的网络活动，它公开http， file， data，网络请求和响应等数据信息
Page会检查与页面相关的动作和事件
Runtime主要用作运行JavaScript操作代码
启动调试实例
要使用Chrome Devtools Protocol，需要开启调试。我们的项目运行在服务器中，所以需要开启无头模式 －－headless －－disable－gpu －－no－sandbox。
chrome．exe －－remote－debugging－port＝9222 －－headless －－disable－gpu －－no－sandbox
如果需要远程调试，可以加上参数－－remote－debugging－address＝＇0．0．0．0＇。
操作Chrome Devtools Protocol
通过以上命令可以启动一个Chrome调试实例，通过HTTP调用接口：
http：／／loacalhost：9222／json
会得到接口返回的JSON数据：
［
｛
＂description＂： ＂＂，
＂devtoolsFrontendUrl＂： ＂／devtools／inspector．html？ws＝localhost：9222／devtools／page／A6C1F7B23DFF222A87143ACB37CBF7C4＂，
＂id＂： ＂A6C1F7B23DFF222A87143ACB37CBF7C4＂，
＂title＂： ＂about：blank＂，
＂type＂： ＂page＂，
＂url＂： ＂about：blank＂，
＂webSocketDebuggerUrl＂： ＂ws：／／localhost：9222／devtools／page／A6C1F7B23DFF222A87143ACB37CBF7C4＂
｝
］
默认开启实例后会有一个空的标签页（Tab），要创建新的Tab，只需要通过调用接口
http：／／loacalhost：9222／json／new
或者在后面直接添加网址，Tab将会创建并加载网页
http：／／loacalhost：9222／json／new？http：／／www．example．com／
在每个Tab中有一个webSocketDebuggerUrl字段，它提供了一个WebSocket接口与Chrome交互。比如要启用Page模块域，通过WebSocket发送以下命令开启：
｛＂id＂：1， ＂method＂：＂Page．enable＂， ＂params＂：｛｝｝
关闭Tab
http：／／loacalhost：9222／json／close／A6C1F7B23DFF222A87143ACB37CBF7C4
四、Scrapy实现Chrome Protocol下载渲染页面
Scrapy是一个爬虫框架，它使用了Twisted异步网络库来处理网络通讯，他的大致架构流程如图
图 1 Scrapy框架
在图1中我们看到scrapy处理网络请求的是Downloader模块，他通过DownloaderHandler下载处理器完成下载网络请求，下载处理器使用的是Twisted网络库实现的，对于Chrome Protocol来说我们通过接口操作命令实现网页加载本质上是Chrome加载网页，也就是说下载处理是通过Chrome Protocol接口操作Chrome浏览器请求加载并渲染网页，因此我们需要拿到渲染后的网页HTML源码，需要改写DownloaderHandler。
然而原生操作Chrome Protocol太繁琐，我们需要封装它。在Github上有多种语言实现了Chrome Devtools Protocol的封装。对于Python来说，我们使用Pychrome库来操作Chrome Protocol，可以直接用pip安装模块：
pip install pychrome
当然要使用该模块得要启动Chrome调试实例，通过实例的地址和端口号连接：
browser ＝ pychrome．Browser（url＝＂http：／／＜your＿ip＞：9222＂）
通过new＿tab（）方法创建tab标签页，通过tab．start（）启动当前tab的websocket链接，例如需要启动Network功能域，通过调用tab．Network．enable（）来启动，通过tab．Page．navigate（url＝＂http：／／www．example．com＂）加载网页，该页面加载时的一切网络活动都可以通过接收websocket响应得到json数据。
这时会有一个问题，何时才算是真正渲染完成页面？
图 2 JS渲染流程
在图2中是浏览器从输入网址到页面加载完成的处理流程，loadEventEnd是真正加载完成，但是在一些使用ajax异步请求的网页使用loadEventEnd并不能很好的判断为渲染结束，所以这里我们使用JavaScript命令获取readyState状态判断页面是否加载完成：
document．readyState
readyState一共有五种状态：
uninitialized － XML 对象被产生，但没有任何文件被加载
loading － 加载程序进行中，但文件尚未开始解析
loaded － 部分的文件已经加载且进行解析，但对象模型尚未生效
interactive － 仅对已加载的部分文件有效，在此情况下，对象模型是有效但只读的
complete － 文件已完全加载，代表加载成功
通过document．readyState ＝＝ complate来判断数据的加载进度。当加载完成时通过javascript命令获取渲染后的HTML源码：
document．documentElement．outerHTML
在这里我们就可以使用Pychrome替代scrapy的twisted下载处理。
五、结语
使用chrome devtools protocol来操作chrome浏览器来渲染页面，能基本完成渲染页面的需求，一些需要与浏览器交互的页面也大致能使用JavaScript操作命令，重点是使用chrome操作页面渲染会很占用资源，因此不宜过多的开启渲染进程，多线程下载尽量重用Tab标签页，因为每多创建一个Tab相当于开了一个进程，最后，爬虫结束时，应该调用相关接口关闭所有Tab，释放资源。
