那些年,我爬过的北科(三)——爬虫进阶之多进程的使用

(说明:由于在编写教程的过程中发现http://scce.ustb.edu.cn/经常性的无法访问,之前的所有爬取内容移动到了http://nladuo.cn/scce_site/下面,前面的教程可以通过访问原链接查看最新版本。)

爬取多个页面

在爬虫基础之环境搭建与入门中,介绍了如何用Requests下载(爬取)了一个页面,并用BeautifulSoup这个HTML解析库来解析页面里面我们想要的内容。

显然,爬虫肯定不是只让我们爬取一个网页的,这样的工作,人也可以做。下面我们来看:http://nladuo.cn/scce_site/这个页面。这个页面一共有10页,点击下一页之后可以看到在网页的url中多了个字段“2.html”,也就是当前页面时第二页的意思。

也就是我们如果要爬取下所有的新闻,只要爬取形如"http://nladuo.cn/scce_site/.html"的页面就好了。

这里使用一个for循环就可以完成全部页面的爬取。

CPU密集型和IO密集型业务

通过上面的代码,我们完成了一个顺序结构的爬虫。下面我们来讨论如何爬取的速度瓶颈在哪里,从而提升爬取速率。

这里介绍一下CPU密集型业务I/O密集型业务

CPU密集型业务(CPU-bound):也叫计算密集型,指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多,此时,系统运作大部分的状况是CPU Loading 100%,CPU要读/写I/O(硬盘/内存),I/O在很短的时间就可以完成,而CPU还有许多运算要处理,CPU Loading很高。

I/O密集型业务(I/O-bound):指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多,此时,系统运作,大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作,此时CPU Loading并不高。

网络爬虫主要有两个部分,一个是下载页面,一个是解析页面。显然,下载是个长时间的I/O密集操作,而解析页面则是需要调用算法来查找页面结构,是个CPU操作。

对于爬虫来说,耗时主要在下载一个网页中,根据网络的连通性,下载一个网页可能要几百毫秒甚至几秒,而解析一个页面可能只需要几十毫秒。所以爬虫其实是属于I/O密集型业务,其瓶颈主要在网络上面。

所以,提升爬虫的爬取速度,不是把CPU都跑满。而是要多开几个下载器,同时进行下载,把网络I/O跑满。

在Python中,使用多线程和多进程都可以实现并发下载。然而在python多线程无法跑多核(参见:GIL),而多进程可以。

这里,我们主要说一下python中多进程的使用。

多进程

python中调用多进程使用multiprocessing这个包就好了。下面创建了两个进程,没隔一秒打印一下进程ID。(这里的time.sleep可以理解为耗时的I/O操作。)

可以看到基本上是同时打印两句话。而在没用多进程前,我们的代码会像下面的代码的样子。

此时,我们创建两个进程,一个进程爬取1-5页,一个进程爬取6-10页。再来试试,看看速度有没有提升一倍。

进程池

像上面的方式,我们创建了两个进程,分别处理两个任务。然而有的时候,并不是那么容易的把一个任务分成两个任务。考虑一下把一个任务想象为爬取并解析一个网页,当我们有两个或者多个进程而任务有成千上万个的时候,代码应该怎么写呢?

这时候,我们需要维护几个进程,然后给每个进程分配一个网页,如何分配,需要我们自己定义。在所有的进程都在运行时,要保证有进程结束时,再加入新的进程。

上面的代码实现了一个简单的两进程的任务分配和管理,但其实也存在着一些问题:比如进程2先结束,此时就只有一个进程在运行,但程序还阻塞住,无法产生新的进程。这里只是简单的做个例子,旨在说明进程管理的复杂性。

下面我们说一说进程池,其实就是为了解决这个问题而设计的。

既然叫做进程池,那就是有个池子,里面有一堆公用的进程;当有任务来了,拿一个进程出来;当任务完成了,把进程还回池子里,给别的任务用;当池子里面没有可用进程的时候,那就要等待,等别人把进程归还了再拿去用。

下面我们来看一下代码,让每个进程每秒打印一下pid,一共打印两遍。

运行代码后可以看到,我们可以看到这里是三个三个的打印的,我们成功完成了三并发。同时,进程池一共产生了三个进程:59650、59651、59652,说明后面的所有任务都是使用这三个进程完成的。

下面,修改爬虫代码,用进程池实现并发爬取。

到这里,多进程的讲解就结束了。

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