爬虫框架Webmagic源码分析之Spider

摘要：获取正在运行的线程数，用于状态监控。之后初始化组件主要是初始化线程池将到中，初始化开始时间等。如果线程池中运行线程数量为，并且默认，那么就停止退出，结束爬虫。

本系列文章，针对Webmagic 0.6.1版本

一个普通爬虫启动代码

public static void main(String[] args) {
    Spider.create(new GithubRepoPageProcessor())
            从https:github.com/code4craft开始抓    
            .addUrl("https://github.com/code4craft")
            //设置Scheduler，使用Redis来管理URL队列
            .setScheduler(new RedisScheduler("localhost"))
            //设置Pipeline，将结果以json方式保存到文件
            .addPipeline(new JsonFilePipeline("D:datawebmagic"))
            //开启5个线程同时执行
            .thread(5)
            //启动爬虫
            .run();
}

1、spider可配置插拔组件：

Downloader 提供自定义的Downloader，默认为HttpClientDownloader
Pipeline 提供自定义的Pipeline，可以配置多个，多个Pipeline链式处理结果。默认为ConsolePipeline
Scheduler 提供自定义的调度器，默认为QueueScheduler
PageProcessor 页面处理组件，开发者爬虫的实现
ExecutorService 可以用于提供自己实现的线程池来监控，默认为Fixed ExecutorService
SpiderListener 页面状态监听器，提供每个页面成功和错误的回调。可配置多个。

其中有：WebMagic四大组件：Pipeline，Scheduler，Downloader和PageProcesser 。这和Python中的Scrapy的理念是一致的。但是Scrapy还有一些中间件的概念，从结构图中便可以看出区别

2、状态变量：

stat 0,初始化；1，运行中；2，已停止
pageCount 已经抓取的页面数。注意：这里统计的是GET请求的页面，POST请求的页面不在统计的范围之内。具体原因见DuplicateRemovedScheduler类
startTime:开始时间，可用于计算耗时。
emptySleepTime 最大空闲等待时间，默认30s。如果抓取队列为空，且url队列为空的最大等待时长，超过该时间，就认为爬虫抓取完成，停止运行。
threadNum : 启用的线程数，默认1.
threadPool:这是Webmagic提供的CountableThreadPool实例，内部封装了ExecutorService，CountableThreadPool 提供了额外的获取线程运行数的方法，此外为防止大量urls入池等待，提供了阻塞方式管理urls入池。(后续细说)
destroyWhenExit：默认true。是否在调用stop()时立即停止所有任务并退出。
spawUrl : 默认为true，是否抓取除了入口页面starturls之外的其他页面(targetRequests).

3、需要配置的项：

Site 全局站点配置，如UA，timeout，sleep等
PageProcessor 页面处理组件，开发者爬虫的实现
Request 配置入口页面url，可以多个。
uuid ，可选，Spider的名字，用于分析和日志。

需要注意的是：每个修改配置的方法都进行了checkIfRunning检查，如果检查当前Spider正在运行，它会抛出IllegalStateException。

所有配置方法都return this,便于链式调用，类似于builder模式。

4、运行方式：

Spider实现了Runnable接口(还有一个Webmagic自己的Task接口）。
run()，跟普通的Runnable一样，阻塞式运行，会阻塞当前线程直至Spider运行结束。
runAsync()，就是new一个Thread来运行当前Spider这个Runnable，异步运行。
start()，runAsync()的别名方法,异步运行。

5、状态相关方法

stop()，结束当前爬虫的运行，内部只是简单地修改一下状态，如果设置了destroyWhenExit=true(默认就是true)那么会立即停止所有任务并清除资源，否则并不会停止正在线程池中运行的线程，也不会销毁线程池。

getThreadAlive() 获取正在运行的线程数，用于状态监控。

6、核心代码分析

public void run() {
        checkRunningStat();
        initComponent();
        logger.info("Spider " + getUUID() + " started!");
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted() && stat.get() == STAT_RUNNING) {
            final Request request = scheduler.poll(this);
            if (request == null) {
                if (threadPool.getThreadAlive() == 0 && exitWhenComplete) {
                    break;
                }
                // wait until new url added
                waitNewUrl();
            } else {
                threadPool.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            processRequest(request);
                            onSuccess(request);
                        } catch (Exception e) {
                            onError(request);
                            logger.error("process request " + request + " error", e);
                        } finally {
                            pageCount.incrementAndGet();
                            signalNewUrl();
                        }
                    }
                });
            }
        }
        stat.set(STAT_STOPPED);
        // release some resources
        if (destroyWhenExit) {
            close();
        }
    }

首先通过checkRunningStat()来检查并设置运行状态，如果已经在运行了，那么会抛出IllegalStateException。之后初始化组件（主要是初始化Downloader、线程池、将starturls push到Scheduler中，初始化开始时间等）。之后进入循环，从scheduler中poll出Request给线程池去执行。如果scheduler中没有request了：继而判断是否有线程在运行和是否设置了立即退出标志，如果设置了立即退出循环，否则调用waitNewUrl()等待有新的url被加入。
waitNewUrl()采用RetreentLock和Condition来进行超时阻塞，一旦阻塞时间超过emptySleepTime就返回。如果线程池中运行线程数量为0，并且exitWhenComplete=true(默认)，那么就停止退出，结束爬虫。如果exitWhenComplete=false，那么需要开发者手动调用stop()来停止退出爬虫,并调用close()来清理资源。

通过processRequest来处理抓取url的整个流程，代码如下：

protected void processRequest(Request request) {
        Page page = downloader.download(request, this);
        if (page == null) {
            sleep(site.getSleepTime());
            onError(request);
            return;
        }
        // for cycle retry
        if (page.isNeedCycleRetry()) {
            extractAndAddRequests(page, true);
            sleep(site.getRetrySleepTime());
            return;
        }
        pageProcessor.process(page);
        extractAndAddRequests(page, spawnUrl);
        if (!page.getResultItems().isSkip()) {
            for (Pipeline pipeline : pipelines) {
                pipeline.process(page.getResultItems(), this);
            }
        }
        //for proxy status management
        request.putExtra(Request.STATUS_CODE, page.getStatusCode());
        sleep(site.getSleepTime());
    }

它在内部调用downloader下载页面得到Page(Page代表了一个页面)，然后判断是否需要重试(needCycleRetry标志会在downloader下载页面发生异常时被设置为true，同时会把自己本身request加到targetRequests当中)，如果需要，则抽取targetRequests到scheduler当中。如果都没问题，继续调用我们实现的页面处理器进行处理，之后再抽取我们在页面处理器中放入的targetRequests(即需要继续抓取的url)到scheduler当中。之后便是调用pipeline进行处理(一般做持久化操作，写到数据库、文件之类的)，但是如果我们在页面处理器中为page设置了skip标志，那么就不会调用pipeline进行处理。
当然其中还包括一些重试休眠时间、继续抓取等待时间等来更好地控制爬虫抓取频率。

说完processRequest，我们回到run()继续分析，处理完之后，就是调用监听器，告诉其成功还是失败，最后抓取数加+1，然后通知新url被加入(通知waitNewUrl()可以返回继续了)。

需要说明的一点是，Spider类中的状态管理大量用到了Jdk Atomic原子包下的CAS并发原子类。

7、CountableThreadPool

前面说过Spider采用的线程池对象CountableThreadPool内部封装了ExecutorService，CountableThreadPool 提供了额外的获取线程运行数的方法，此外为防止大量urls入池等待，提供了阻塞方式管理urls入池。
阻塞方式的实现是通过ReentrantLock和它的Condition来实现的。具体代码如下：

public void execute(final Runnable runnable) {
        if (threadAlive.get() >= threadNum) {
            try {
                reentrantLock.lock();
                while (threadAlive.get() >= threadNum) {
                    try {
                        condition.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            } finally {
                reentrantLock.unlock();
            }
        }
        threadAlive.incrementAndGet();
        executorService.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    runnable.run();
                } finally {
                    try {
                        reentrantLock.lock();
                        threadAlive.decrementAndGet();
                        condition.signal();
                    } finally {
                        reentrantLock.unlock();
                    }
                }
            }
        });
    }

逻辑是这样的，如果正在运行的线程数threadAlive超过允许的线程数，就阻塞等待，直至收到某个线程结束通知。

罗嗦一句，这里的线程安全控制，主要是用到了JDK atomic包来表示状态和ReentrantLock、Condition来控制达到类似生产者消费者的阻塞机制。

关于Spider就分析到这里，后续主题待定。