python教程：Python详细解析之多线程爬虫与常见搜索算法

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多线程爬虫

多线程的优势

在掌握了requests与正则表达式以后，就可以开始实战爬取一些简单的网址了。
但是，此时的爬虫只有一个进程、一个线程，因此称为单线程爬虫。单线程爬虫每次只访问一个页面，不能充分利用计算机的网络带宽。一个页面最多也就几百KB，所以爬虫在爬取一个页面的时候，多出来的网速和从发起请求到得到源代码中间的时间都被浪费了。如果可以让爬虫同时访问10个页面，就相当于爬取速度提高了10倍。为了达到这个目的，就需要使用多线程技术了。

Python这门语言，有一个全局解释器锁（Global Interpreter Lock, GIL）。这导致Python的多线程都是伪多线程，即本质上还是一个线程，但是这个线程每个事情只做几毫秒，几毫秒以后就保存现场，换做其他事情，几毫秒后再做其他事情，一轮之后回到第一件事上，恢复现场再做几毫秒，继续换……微观上的单线程，在宏观上就像同时在做几件事。这种机制在I/O（Input/Output，输入/输出）密集型的操作上影响不大，但是在CPU计算密集型的操作上面，由于只能使用CPU的一个核，就会对性能产生非常大的影响。所以涉及计算密集型的程序，就需要使用多进程，Python的多进程不受GIL的影响。爬虫属于I/O密集型的程序，所以使用多线程可以大大提高爬取效率。

多进程库：multiprocessing

multiprocessing本身是Python的多进程库，用来处理与多进程相关的操作。但是由于进程与进程之间不能直接共享内存和堆栈资源，而且启动新的进程开销也比线程大得多，因此使用多线程来爬取比使用多进程有更多的优势。

multiprocessing下面有一个dummy模块，它可以让Python的线程使用multiprocessing的各种方法。
dummy下面有一个Pool类，它用来实现线程池。
这个线程池有一个map()方法，可以让线程池里面的所有线程都“同时”执行一个函数。

例如：
在学习了for循环后

for i in range(10):
	print(i*i)

这种写法当然可以得到结果，但是代码是一个数一个数地计算，效率并不高。而如果使用多线程的技术，让代码同时计算很多个数的平方，就需要使用multiprocessing.dummy来实现：

多线程的使用范例：

from multiprocessing.dummy import Pooldef cal_pow(num):
    return num*num
pool=Pool(3)num=[x for x in range(10)]result=pool.map(cal_pow,num)print('{}'.format(result))

在上面的代码中，先定义了一个函数用来计算平方，然后初始化了一个有3个线程的线程池。这3个线程负责计算10个数字的平方，谁先计算完手上的这个数，谁就先取下一个数继续计算，直到把所有的数字都计算完成为止。

在这个例子中，线程池的map()方法接收两个参数，第1个参数是函数名，第2个参数是一个列表。注意：第1个参数仅仅是函数的名字，是不能带括号的。第2个参数是一个可迭代的对象，这个可迭代对象里面的每一个元素都会被函数clac_power2()接收来作为参数。除了列表以外，元组、集合或者字典都可以作为map()的第2个参数。

多线程爬虫开发

由于爬虫是I/O密集型的操作，特别是在请求网页源代码的时候，如果使用单线程来开发，会浪费大量的时间来等待网页返回，所以把多线程技术应用到爬虫中，可以大大提高爬虫的运行效率。举一个例子。洗衣机洗完衣服要50min，水壶烧水要15min，背单词要1h。如果先等着洗衣机洗衣服，衣服洗完了再烧水，水烧开了再背单词，一共需要125min。

但是如果换一种方式，从整体上看，3件事情是可以同时运行的，假设你突然分身出另外两个人，其中一个人负责把衣服放进洗衣机并等待洗衣机洗完，另一个人负责烧水并等待水烧开，而你自己只需要背单词就可以了。等到水烧开，负责烧水的分身先消失。等到洗衣机洗完衣服，负责洗衣服的分身再消失。最后你自己本体背完单词。只需要60min就可以同时完成3件事。

当然，大家肯定会发现上面的例子并不是生活中的实际情况。现实中没有人会分身。真实生活中的情况是，人背单词的时候就专心背单词；水烧开后，水壶会发出响声提醒；衣服洗完了，洗衣机会发出“滴滴”的声音。所以到提醒的时候再去做相应的动作就好，没有必要每分钟都去检查。上面的两种差异，其实就是多线程和事件驱动的异步模型的差异。本小节讲到的是多线程操作，后面会讲到使用异步操作的爬虫框架。现在只需要记住，在需要操作的动作数量不大的时候，这两种方式的性能没有什么区别，但是一旦动作的数量大量增长，多线程的效率提升就会下降，甚至比单线程还差。而到那个时候，只有异步操作才是解决问题的办法。

下面通过两段代码来对比单线程爬虫和多线程爬虫爬取bd首页的性能差异：
从运行结果可以看到，一个线程用时约16.2s,5个线程用时约3.5s，时间是单线程的五分之一左右。从时间上也可以看到5个线程“同时运行”的效果。但并不是说线程池设置得越大越好。从上面的结果也可以看到，5个线程运行的时间其实比一个线程运行时间的五分之一要多一点。这多出来的一点其实就是线程切换的时间。这也从侧面反映了Python的多线程在微观上还是串行的。因此，如果线程池设置得过大，线程切换导致的开销可能会抵消多线程带来的性能提升。线程池的大小需要根据实际情况来确定，并没有确切的数据。读者可以在具体的应用场景下设置不同的大小进行测试对比，找到一个最合适的数据。

爬虫的常见搜索算法

深度优先搜索

某在线教育网站的课程分类，需要爬取上面的课程信息。从首页开始，课程有几个大的分类，比如根据语言分为Python、Node.js和Golang。每个大分类下面又有很多的课程，比如Python下面有爬虫、Django和机器学习。每个课程又分为很多的课时。

在深度优先搜索的情况下，爬取路线如图所示（序号从小到大）

广度优先搜索

先后顺序如下

算法选择

例如要爬取某网站全国所有的餐馆信息和每个餐馆的订单信息。假设使用深度优先算法，那么先从某个链接爬到了餐馆A，再立刻去爬餐馆A的订单信息。由于全国有十几万家餐馆，全部爬完可能需要12小时。这样导致的问题就是，餐馆A的订单量可能是早上8点爬到的，而餐馆B是晚上8点爬到的。它们的订单量差了12小时。而对于热门餐馆来说，12小时就有可能带来几百万的收入差距。这样在做数据分析时，12小时的时间差就会导致难以对比A和B两个餐馆的销售业绩。相对于订单量来说，餐馆的数量变化要小得多。所以如果采用广度优先搜索，先在半夜0点到第二天中午12点把所有的餐馆都爬取一遍，第二天下午14点到20点再集中爬取每个餐馆的订单量。这样做，只用了6个小时就完成了订单爬取任务，缩小了由时间差异致的订单量差异。同时由于店铺隔几天抓一次影响也不大，所以请求量也减小了，使爬虫更难被网站发现。

又例如，要分析实时舆情，需要爬百度贴吧。一个热门的贴吧可能有几万页的帖子，假设最早的帖子可追溯到2010年。如果采用广度优先搜索，则先把这个贴吧所有帖子的标题和网址都获取下来，然后根据这些网址进入每个帖子里面以获取每一层楼的信息。可是，既然是实时舆情，那么7年前的帖子对现在的分析意义不大，更重要的应该是新的帖子才对，所以应该优先抓取新的内容。相对于过往的内容，实时的内容才最为重要。因此，对于贴吧内容的爬取，应该采用深度优先搜索。看到一个帖子就赶紧进去，爬取它的每个楼层信息，一个帖子爬完了再爬下一个帖子。当然，这两种搜索算法并非非此即彼，需要根据实际情况灵活选择，很多时候也能够同时使用。

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