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首页/Python 100 天/63.并发编程在爬虫中的应用

课程目录

  1. 0101.初识Python
  2. 0202.第一个Python程序
  3. 0303.Python语言中的变量
  4. 0404.Python语言中的运算符
  5. 0505.分支结构
  6. 0606.循环结构
  7. 0707.分支和循环结构实战
  8. 0808.常用数据结构之列表-1
  9. 0909.常用数据结构之列表-2
  10. 1010.常用数据结构之元组
  11. 1111.常用数据结构之字符串
  12. 1212.常用数据结构之集合
  13. 1313.常用数据结构之字典
  14. 1414.函数和模块
  15. 1515.函数应用实战
  16. 1616.函数使用进阶
  17. 1717.函数高级应用
  18. 1818.面向对象编程入门
  19. 1919.面向对象编程进阶
  20. 2020.面向对象编程应用
  21. 2121.文件读写和异常处理
  22. 2222.对象的序列化和反序列化
  23. 2323.Python读写CSV文件
  24. 2424.Python读写Excel文件-1
  25. 2525.Python读写Excel文件-2
  26. 2626.Python操作Word和PowerPoint文件
  27. 2727.Python操作PDF文件
  28. 2828.Python处理图像
  29. 2929.Python发送邮件和短信
  30. 3030.正则表达式的应用
  31. 3131.Python语言进阶
  32. 3232-33.Web前端入门
  33. 3334-35.玩转Linux操作系统
  34. 3436.关系型数据库和MySQL概述
  35. 3537.SQL详解之DDL
  36. 3638.SQL详解之DML
  37. 3739.SQL详解之DQL
  38. 3840.SQL详解之DCL
  39. 3941.MySQL新特性
  40. 4042.视图、函数和过程
  41. 4143.索引
  42. 4244.Python接入MySQL数据库
  43. 4345.Hive实战
  44. 4446.Django快速上手
  45. 4547.深入模型
  46. 4648.静态资源和Ajax请求
  47. 4749.Cookie和Session
  48. 4850.制作报表
  49. 4951.日志和调试工具栏
  50. 5052.中间件的应用
  51. 5153.前后端分离开发入门
  52. 5254.RESTful架构和DRF入门
  53. 5355.RESTful架构和DRF进阶
  54. 5456.使用缓存
  55. 5557.接入三方平台
  56. 5658.异步任务和定时任务
  57. 5759.单元测试
  58. 5860.项目上线
  59. 5961.网络数据采集概述
  60. 6062.用Python获取网络资源-1
  61. 6162.用Python解析HTML页面-2
  62. 6263.并发编程在爬虫中的应用
  63. 6363.Python中的并发编程-1
  64. 6463.Python中的并发编程-2
  65. 6563.Python中的并发编程-3
  66. 6664.使用Selenium抓取网页动态内容
  67. 6765.爬虫框架Scrapy简介
  68. 6866.数据分析概述
  69. 6967.环境准备
  70. 7068.NumPy的应用-1
  71. 7169.NumPy的应用-2
  72. 7270.NumPy的应用-3
  73. 7371.NumPy的应用-4
  74. 7472.深入浅出pandas-1
  75. 7573.深入浅出pandas-2
  76. 7674.深入浅出pandas-3
  77. 7775.深入浅出pandas-4
  78. 7876.深入浅出pandas-5
  79. 7977.深入浅出pandas-6
  80. 8078.数据可视化-1
  81. 8179.数据可视化-2
  82. 8280.数据可视化-3
  83. 8381.浅谈机器学习
  84. 8482.k最近邻算法
  85. 8583.决策树和随机森林
  86. 8684.朴素贝叶斯算法
  87. 8785.回归模型
  88. 8886.K-Means聚类算法
  89. 8987.集成学习算法
  90. 9088.神经网络模型
  91. 9189.自然语言处理入门
  92. 9290.机器学习实战
  93. 9391.团队项目开发的问题和解决方案
  94. 9492.Docker容器技术详解
  95. 9593.MySQL性能优化
  96. 9694.网络API接口设计
  97. 9795.使用Django开发商业项目
  98. 9896.软件测试和自动化测试
  99. 9997.电商网站技术要点剖析
  100. 10098.项目部署上线和性能调优
  101. 10199.面试中的公共问题
  102. 102100.补充内容
第 62 课1 天

63.并发编程在爬虫中的应用

之前的课程,我们已经为大家介绍了 Python 中的多线程、多进程和异步编程,通过这三种手段,我们可以实现并发或并行编程,这一方面可以加速代码的执行,另一方面也

课程内容

并发编程在爬虫中的应用

之前的课程,我们已经为大家介绍了 Python 中的多线程、多进程和异步编程,通过这三种手段,我们可以实现并发或并行编程,这一方面可以加速代码的执行,另一方面也可以带来更好的用户体验。爬虫程序是典型的 I/O 密集型任务,对于 I/O 密集型任务来说,多线程和异步 I/O 都是很好的选择,因为当程序的某个部分因 I/O 操作阻塞时,程序的其他部分仍然可以运转,这样我们不用在等待和阻塞中浪费大量的时间。下面我们以爬取“360图片”网站的图片并保存到本地为例,为大家分别展示使用单线程、多线程和异步 I/O 编程的爬虫程序有什么区别,同时也对它们的执行效率进行简单的对比。

“360图片”网站的页面使用了 Ajax 技术,这是很多网站都会使用的一种异步加载数据和局部刷新页面的技术。简单的说,页面上的图片都是通过 JavaScript 代码异步获取 JSON 数据并动态渲染生成的,而且整个页面还使用了瀑布式加载(一边向下滚动,一边加载更多的图片)。我们在浏览器的“开发者工具”中可以找到提供动态内容的数据接口,如下图所示,我们需要的图片信息就在服务器返回的 JSON 数据中。

例如,要获取“美女”频道的图片,我们可以请求如下所示的URL,其中参数ch表示请求的频道,=后面的参数值beauty就代表了“美女”频道,参数sn相当于是页码,0表示第一页(共30张图片),30表示第二页,60表示第三页,以此类推。

https://image.so.com/zjl?ch=beauty&sn=0

单线程版本

通过上面的 URL 下载“美女”频道共90张图片。

"""
example04.py - 单线程版本爬虫
"""
import os

import requests


def download_picture(url):
    filename = url[url.rfind('/') + 1:]
    resp = requests.get(url)
    if resp.status_code == 200:
        with open(f'images/beauty/{filename}', 'wb') as file:
            file.write(resp.content)


def main():
    if not os.path.exists('images/beauty'):
        os.makedirs('images/beauty')
    for page in range(3):
        resp = requests.get(f'https://image.so.com/zjl?ch=beauty&sn={page * 30}')
        if resp.status_code == 200:
            pic_dict_list = resp.json()['list']
            for pic_dict in pic_dict_list:
                download_picture(pic_dict['qhimg_url'])

if __name__ == '__main__':
    main()

在 macOS 或 Linux 系统上,我们可以使用time命令来了解上面代码的执行时间以及 CPU 的利用率,如下所示。

time python3 example04.py 

下面是单线程爬虫代码在我的电脑上执行的结果。

python3 example04.py  2.36s user 0.39s system 12% cpu 21.578 total

这里我们只需要关注代码的总耗时为21.578秒,CPU 利用率为12%。

多线程版本

我们使用之前讲到过的线程池技术,将上面的代码修改为多线程版本。

"""
example05.py - 多线程版本爬虫
"""
import os
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

import requests


def download_picture(url):
    filename = url[url.rfind('/') + 1:]
    resp = requests.get(url)
    if resp.status_code == 200:
        with open(f'images/beauty/{filename}', 'wb') as file:
            file.write(resp.content)


def main():
    if not os.path.exists('images/beauty'):
        os.makedirs('images/beauty')
    with ThreadPoolExecutor(max_workers=16) as pool:
        for page in range(3):
            resp = requests.get(f'https://image.so.com/zjl?ch=beauty&sn={page * 30}')
            if resp.status_code == 200:
                pic_dict_list = resp.json()['list']
                for pic_dict in pic_dict_list:
                    pool.submit(download_picture, pic_dict['qhimg_url'])


if __name__ == '__main__':
    main()

执行如下所示的命令。

time python3 example05.py

代码的执行结果如下所示:

python3 example05.py  2.65s user 0.40s system 95% cpu 3.193 total

异步I/O版本

我们使用aiohttp将上面的代码修改为异步 I/O 的版本。为了以异步 I/O 的方式实现网络资源的获取和写文件操作,我们首先得安装三方库aiohttp和aiofile,命令如下所示。

pip install aiohttp aiofile

aiohttp 的用法在之前的课程中已经做过简要介绍,aiofile模块中的async_open函数跟 Python 内置函数open的用法大致相同,只不过它支持异步操作。下面是异步 I/O 版本的爬虫代码。

"""
example06.py - 异步I/O版本爬虫
"""
import asyncio
import json
import os

import aiofile
import aiohttp


async def download_picture(session, url):
    filename = url[url.rfind('/') + 1:]
    async with session.get(url, ssl=False) as resp:
        if resp.status == 200:
            data = await resp.read()
            async with aiofile.async_open(f'images/beauty/{filename}', 'wb') as file:
                await file.write(data)


async def fetch_json():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        for page in range(3):
            async with session.get(
                url=f'https://image.so.com/zjl?ch=beauty&sn={page * 30}',
                ssl=False
            ) as resp:
                if resp.status == 200:
                    json_str = await resp.text()
                    result = json.loads(json_str)
                    for pic_dict in result['list']:
                        await download_picture(session, pic_dict['qhimg_url'])


def main():
    if not os.path.exists('images/beauty'):
        os.makedirs('images/beauty')
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.run_until_complete(fetch_json())
    loop.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

执行如下所示的命令。

time python3 example06.py

代码的执行结果如下所示:

python3 example06.py  0.82s user 0.21s system 27% cpu 3.782 total

总结

通过上面三段代码执行结果的比较,我们可以得出一个结论,使用多线程和异步 I/O 都可以改善爬虫程序的性能,因为我们不用将时间浪费在因 I/O 操作造成的等待和阻塞上,而time命令的执行结果也告诉我们,单线程的代码 CPU 利用率仅仅只有12%,而多线程版本的 CPU 利用率则高达95%;单线程版本的爬虫执行时间约21秒,而多线程和异步 I/O 的版本仅执行了3秒钟。另外,在运行时间差别不大的情况下,多线程的代码比异步 I/O 的代码耗费了更多的 CPU 资源,这是因为多线程的调度和切换也需要花费 CPU 时间。至此,三种方式在 I/O 密集型任务上的优劣已经一目了然,当然这只是在我的电脑上跑出来的结果。如果网络状况不是很理想或者目标网站响应很慢,那么使用多线程和异步 I/O 的优势将更为明显,有兴趣的读者可以自行试验。

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