Python 如何爬取实时变化的 WebSocket 数据

阅读本文大概需要 8 分钟。

一、前言

作为一名爬虫工程师,在工作中常常会遇到爬取实时数据的需求,比如体育赛事实时数据、股市实时数据或币圈实时变化的数据。如下图:

Web 领域中,用于实现数据'实时'更新的手段有轮询和 WebSocket 这两种。轮询指的是客户端按照一定时间间隔(如 1 秒)访问服务端接口,从而达到 '实时' 的效果,虽然看起来数据像是实时更新的,但实际上它有一定的时间间隔,并不是真正的实时更新。轮询通常采用 拉 模式,由客户端主动从服务端拉取数据。

WebSocket 采用的是 推 模式,由服务端主动将数据推送给客户端,这种方式是真正的实时更新。

二、什么是 WebSocket

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。它使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单,允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中,浏览器和服务器只需要完成一次握手,两者之间就直接可以创建持久性的连接,并进行双向数据传输。

WebSocket 优点

  • 较少的控制开销:只需要进行一次握手,携带一次请求头信息即可,后续只传输数据即可,相比 HTTP 每次请求都携带请求头,WebSocket 非常省资源。
  • 更强的实时性:由于服务器可以主动推送消息,这使得延迟变得可以忽略不计,相比 HTTP 轮询的时间间隔,WebSocket 可以在相同的时间内进行多次传输。
  • 二进制支持:WebSocket 支持二进制帧,这意味着传输更节省。
  • ……

爬虫面对 HTTP 和 WebSocket

Python 中的网络请求库非常多,Requests 是最常用的请求库之一,它可以模拟发送网络请求。但是这些请求都是基于 HTTP 协议的。在面对 WebSocket 的时候 Requests 就发挥不料作用了,必须使用能够连接 WebSocket 的库。

三、爬取思路

这里以莱特币官网 http://www.laiteb.com/ 实时数据为例。WebSocket 的握手只发生一次,所以如果需要通过浏览器开发者工具观察网络请求,则需要在打开页面的情况下,打开浏览器开发者工具,定位到 NewWork 选项卡,并输入或刷新当前页面,才能观察到 WebSocket 的握手请求和数据传输情况。这里以 Chrome 浏览器为例:

在开发者工具中提供了筛选功能,其中 WS 选项代表只显示 WebSocket 连接的网络请求。

这时候可以看到请求记录列表中有一条名为 realTime 的记录,鼠标左键点击它后,开发者工具会分为左右两栏,右侧列出本条请求记录的详细信息:

与 HTTP 请求不同的是,WebSocket 连接地址以 ws 或 wss 开头。连接成功的状态码不是 200,而是 101。

Headers 标签页记录的是 Request 和 Response 信息,而 Frames 标签页中记录的则是双方互传的数据,也是我们需要爬取的数据内容:

Frames 图中绿色箭头向上的数据是客户端发送给服务端的数据,橙色箭头向下的数据是服务端推送给客户端的数据。

从数据顺序中可以看到,客户端先发送:

{"action":"subscribe","args":["QuoteBin5m:14"]}

然后服务端才会推送信息(一直推送):

{"group":"QuoteBin5m:14","data":[{"low":"55.42","high":"55.63","open":"55.42","close":"55.59","last_price":"55.59","avg_price":"55.5111587372932781077","volume":"40078","timestamp":1551941701,"rise_fall_rate":"0.0030674846625766871","rise_fall_value":"0.17","base_coin_volume":"400.78","quote_coin_volume":"22247.7621987324"}]}

所以,从发起握手到获得数据的整个流程为:

那么,现在问题来了:

  • 握手怎么弄?
  • 连接保持怎么弄?
  • 消息发送和接收怎么弄?
  • 有什么库可以轻松实现吗?

四、aiowebsocket

Python 库中用于连接 WebSocket 的有很多,但是易用、稳定的有 websocket-client(非异步)、websockets(异步)、aiowebsocket(异步)。

可以根据项目需求选择三者之一,今天介绍的是异步 WebSocket 连接客户端 aiowebsocket。其 Github 地址为:https://github.com/asyncins/aiowebsocket

ReadMe中介绍到: AioWebSocket是一个遵循 WebSocket 规范的 异步 WebSocket 客户端,相对于其他库它更轻、更快。

它的安装和其他库一样简单,使用 pip install aiowebsocket 即可。安装好后,我们可以根据 ReadMe 中提供的示例代码来测试:

import asyncio
import logging
from datetime import datetime
from aiowebsocket.converses import AioWebSocket


async def startup(uri):
    async with AioWebSocket(uri) as aws:
        converse = aws.manipulator
        message = b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
        while True:
            await converse.send(message)
            print('{time}-Client send: {message}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), message=message))
            mes = await converse.receive()
            print('{time}-Client receive: {rec}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), rec=mes))


if __name__ == '__main__':
    remote = 'ws://echo.websocket.org'
    try:
        asyncio.get_event_loop().run_until_complete(startup(remote))
    except KeyboardInterrupt as exc:
        logging.info('Quit.')

运行后的结果输出为:

2019-03-07 15:43:55-Client send: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:55-Client receive: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:55-Client send: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:56-Client receive: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:56-Client send: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
……

send 表示客户端向服务端发送的消息

recive 表示服务端向客户端推送的消息

五、编码获取数据

回到这一次的爬取需求,目标网站是莱特币官网:

从刚才的网络请求记录中,我们得知目标网站的 WebSocket 地址为:wss://api.bbxapp.vip/v1/ifcontract/realTime,从地址中可以看出目标网站使用的是 wss,也就是 ws 的安全版,它们的关系跟 HTTP/HTTPS 一样。aiowebsocket 会自动处理并识别 ssl,所以我们并不需要作额外的操作,只需要将目标地址赋值给连接 uri 即可:

import asyncio
import logging
from datetime import datetime
from aiowebsocket.converses import AioWebSocket


async def startup(uri):
    async with AioWebSocket(uri) as aws:
        converse = aws.manipulator
        while True:
            mes = await converse.receive()
            print('{time}-Client receive: {rec}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), rec=mes))


if __name__ == '__main__':
    remote = 'wss://api.bbxapp.vip/v1/ifcontract/realTime'
    try:
        asyncio.get_event_loop().run_until_complete(startup(remote))
    except KeyboardInterrupt as exc:
        logging.info('Quit.')

运行代码后观察输出,你会发现什么都没有发生。既没有内容输出,也没有断开连接,程序一直在运行,但是什么都没有:

这是为什么呢?

是对方不接受我方的请求吗?

还是有什么反爬虫限制呢?

实际上,刚才的流程图可以解释这个问题:

整个流程中有一步是需要客户端给服务端发送指定的消息,服务端验证后才会不停推送数据。所以,应该在消息读取前、握手连接后加上消息发送的代码:

import asyncio
import logging
from datetime import datetime
from aiowebsocket.converses import AioWebSocket


async def startup(uri):
    async with AioWebSocket(uri) as aws:
        converse = aws.manipulator
        # 客户端给服务端发送消息
        await converse.send('{"action":"subscribe","args":["QuoteBin5m:14"]}')
        while True:
            mes = await converse.receive()
            print('{time}-Client receive: {rec}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), rec=mes))


if __name__ == '__main__':
    remote = 'wss://api.bbxapp.vip/v1/ifcontract/realTime'
    try:
        asyncio.get_event_loop().run_until_complete(startup(remote))
    except KeyboardInterrupt as exc:
        logging.info('Quit.')

保存后运行,就会看到数据源源不断的推送过来:

到这里,爬虫就能够获取到想要的数据了。

aiowebsocket 做了什么

代码不长,使用的时候只需要将目标网站 WebSocket 地址填入,然后按照流程发送数据即可,那么 aiowebsocket 在这个过程中做了什么呢?

  • 首先,aiowebsocket 根据 WebSocket 地址,向指定的服务端发送握手请求,并校验握手结果。
  • 然后,在确认握手成功后,将数据发送给服务端。
  • 整个过程中为了保持连接不断开,aiowebsocket 会自动与服务端响应 ping pong。
  • 最后,aiowebsocket 读取服务端推送的消息

【奎因:】如果你认为 aiowebsocket 帮助了你,那么请你到 Github https://github.com/asyncins/aiowebsocket 上给一个 Star。如果在使用当中发现问题或者希望给 aiowebsocket 提建议,那么也可以到 Github 上提出。只要你提出建议,就一定能够帮助 aiowebsocket 变的更好,而 aiowebsocket 也能够继续为你服务。

原文发布于微信公众号 - 进击的Coder(FightingCoder)

原文发表时间:2019-03-08

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