使用TypeScript编写爬虫
2017年12月6日
编程
我们需要的数据多种多样，不可能什么都买，就算有钱，有的数据也不一定能买到。这个时候要获取这些数据，就要靠爬虫了。
爬虫界大佬很多，开源库和框架数不胜数。理论上，凡是能方便连接互联网的编程语言，都适合用来写爬虫，比如C#、Java、JavaScript、Python等，当然还有用R、Matlab这些有点专业特色的语言写爬虫的，甚至用curl和Bash都可以写爬虫，只是好像较少听说过有用C++写爬虫的。我分别用过C#这种编译语言（Java应该类似）和JavaScript这种脚本语言写过多款爬虫，个人总结起来两种语言各有特色：
* 编译语言每次修改爬虫都要编译，我电脑比较渣，每次编译都要花点时间。但是可以轻松通过类型检查，保证每次GET参数的正确、返回值的直接解析等非常使用的功能。
* 脚本语言每次修改就可以直接运行了，但是填参数的时候就比较头疼了，需要反复检查有哪些参数、该填什么值，保证请求参数的格式正确。
自从学会了TypeScript之后，我个人就比较喜欢JavaScript和TypeScript语言，结合Node.js，可以达到比较好的写爬虫的效果，结合了编译语言和脚本语言共有的特点。只是搞得脚本有点复杂了，需要声明很多类型，指定变量类型……其实也是一个挺复杂的工作。虽然有点不像脚本，不够简洁，但能够提供类型检查还是省了不少事。
下面记录一下这次使用TypeScript编写爬虫的过程，以备后用。
# 库的使用
主要使用了下面两个库：
* web-request
* cheerio
## WebRequest：同步化的request请求
为什么要用`await`同步化request请求呢？不仅仅是因为`await`关键字是TypeScript和新JavaScript标准的特性，其实有很多比较好的用途：
* 避开JavaScript“回调大坑”。我个人还挺喜欢JavaScript以回调的方式异步化同步操作，曾经在爬虫的时候写了一个全回调的爬虫，`fs`库中有同步版本的函数都没有用其同步版本，全都是异步版本。事实证明，在高速爬虫的时候，使用异步版本的函数确实提高了爬虫效率。但是，编写起来那个**痛苦**啊。如果需要从返回的值里面判断还有没有下一页了，就要不停地递归啊。这真的是回调大坑，难读、难写、难调试。以至于后来再写爬虫，都避免爬虫过程中判断是否有下一页，都是提前算好有多少页，然后硬编码的，这样反而会节省很多时间。但是使用同步化的过程就比较好实现了。
* 减少因JavaScript的回调和闭包造成的错误。再爬虫的时候，为了防反爬，最简单的办法是人工设定等待时间，让爬虫慢一点。由于JavaScript回调的特点，笔者多次尝试，发现只能使用`setInterval()`函数实现。但是使用TypeScirpt的await关键字，可以直接编写一个`delay()`函数，让程序等待。
这个库的大多数用法和`request`库差不多，配置也是直接采用的`request`库的配置，只是可以以同步的方式编写异步代码，姑且称之为“同步化”把。例如，获取一个get请求的相应就是：
```ts
import * as WebRequest from 'web-request'
var list_response = await WebRequest.get(`${site.url}/pg${i + 1}/`);
// 这里面使用`site.url`变量存储要访问的网页的基本地址，后面代表了页数。
```
全局配置的方法也和`request`库差不多，只是不需要返回一个新的`request`对象
```ts
WebRequest.defaults({jar: true})
// 这里配置了使用Cookie。
```
我在上一次写高德API爬虫的时候，首次依靠同步化的request请求，完成了自动分析页数。瞬间感觉给人生节约了很多时间。
## cheerio：提供jQuery Selector的解析能力
在做前端的时候，定位一个元素，最常用的就是jQuery的Selector字符串。在Node.js中，可以使用cheerio这个简化的jQuery库来实现这一操作。
使用cheerio的方法很简单，就三步：
1. 导入cheerio包
2. 创建`$`对象（`body`变量代表了HTML响应正文）
3. 使用jQuery Selector即可（`info_object.max_num`是用于存储某个值的变量）
```ts
import * as cheerio from 'cheerio'
var $ = cheerio.load(body);
info_object.max_num = parseInt($("body div.content div.leftContent div.resultDes.clear h2.total.fl span").text().trim());
```
一般大型网页的页面都非常复杂，仅仅依靠分析HTML源码，可能毫无头绪。但是，使用浏览器的开发人员工具就非常方便啦，不仅可以直接快速定位页面元素，还可以直接给出Selector表达式。
爬虫软件“八爪鱼”使用的是XPath表达式来定位页面元素（至少他的软件UI是这样做的）。我也尝试使用XPath，但是，由于HTML一些随意性，往往导致解析出错。而且，既然是网页，使用jQuery Selector表达式更简洁，更合适。
也有人说可以直接使用正则。确实可以，但是正则还要自己想是不是，如果有些复杂的正则还是挺费事的。用这个可以让开发人员工具自动分析，应该是更方便啊，除非你的电脑只有命令行。
当然，也不是什么都需要使用Selector表达式来定位的。如果只是像把坐标提出来，或者有一些其他特定的模式，直接使用正则表达式啊，比如
```ts
var coord_string = /114.[0-9]*,30.[0-9]*/g.exec(body)[0];
```
这样就提取出来了经纬度坐标，而这个坐标是隐藏在页面一个`script`标签中的一个变量里。
不过这种方式有点问题。如果页面上的某些标签是使用脚本添加的，可能开发人员工具给出的Selector路径，不一定能在HTML源代码里找到。但是如果很重要的数据是通过前端脚本渲染上去的，那肯定会在一个变量里面保存这些数据。这个时候直接揪出这个变量就可以了，万事大吉，还不用自己去提取HTML元素。
# TypeScript编写爬虫
既然使用TypeScript便写爬虫，那么就使用一些TypeScript的特性吧。首先应该就是TypeScript的类型化特点。当然还少不了`await`关键字。
## API参数的类型化
一个请求的请求参数往往是确定的，在一个开放API中都会给出。你所想要的数据类型是固定的，这个要看你的需求。类型化编写爬虫的方式，就是保证这两个过程不出错。
例如，在利用高德API获取POI的时候，参数在文档中明确指出了（[高德地图API文档](http://lbs.amap.com/api/webservice/guide/api/search)）。我们如果照着这样的文档，编写一个接口或者一个类，可以实现一些自动化功能。同样，返回结果也可以编写一个类型，直接在构造函数中实现一些对结果的处理。
例如，对高德搜索的API进行类型化。首先创建一个接口，表示一些除了key之外的参数
```ts
/** 输出结果的格式 */
export enum GaodePoiOutput {
JSON, XML
}
/** 接口参数类型 */
export interface IGaodePoiApi {
keywords: string[];
types: string[];
city?: string;
citylimit?: boolean;
children?: number;
offset?: number;
page?: number;
building?: number;
floor?: number;
extensions?: string;
output?: GaodePoiOutput;
}
```
然后，编写一个类，让其提供自动根据上述参数类型生成url的功能
```ts
export class GaodePoiApi {
baseurl: string;
key: string;
constructor(key: string) {
this.baseurl = "http://restapi.amap.com/v3/place/text"
this.key = key;
}
/**
* 获取参数指定的POI
* @param parameters 请求参数
*/
getUrl(parameters: IGaodePoiApi): string {
var url = `${this.baseurl}?key=${this.key}`;
for (var key in parameters) {
if (parameters.hasOwnProperty(key)) {
switch (key) {
case "keywords":
if (parameters.keywords.length > 0) {
url += `&${key}=`;
url += parameters.keywords[0]
for (var index = 1; index < parameters.keywords.length; index++) {
var element = parameters.keywords[index];
url += `|${parameters.keywords[index]}`;
}
}
break;
case "types":
if (parameters.types.length > 0) {
url += `&${key}=`;
url += parameters.types[0]
for (var index = 1; index < parameters.keywords.length; index++) {
var element = parameters.keywords[index];
url += `|${parameters.keywords[index]}`
}
}
break;
case "output":
url += `&${key}=`;
switch (parameters.output) {
case GaodePoiOutput.XML:
url += "XML";
break;
default:
url += "JSON";
}
default:
url += `&${key}=`;
url += `${parameters[key]}`;
break;
}
}
}
return url;
}
}
```
这样直接调用`GaodePoiApi`对象的`getUrl()`函数即可生成需要的请求。
为什么不用request库的qs配置参数呢？这个参数其实非常坑，在高德API、百度API这种特别复杂的请求参数要求下，往往会出现问题。例如，如果一个参数可以是一个数组，你却不能直接把这个参数的值写成数组，这样会出现问题，只能手动利用将其变成字符串。我一开始使用的是`querystring.stringify()`函数，直接将qs对象序列化成字符串，但是后来发现还是有问题。但是使用TypeScript这样做之后，就觉得更加合理，一些复杂的参数格式也更加可控。
## 请求结果的类型化
### 开放API的示例
如在爬取高德地图API的时候，返回一个JSON时，可以直接将其指定一个类型，方便后面的操作。例如：
```ts
/** 高德POI搜索结果模型 */
export interface IGaodePoiSearchResultModel {
status: string;
info?: string;
infocode?: string;
count?: string;
pois?: IGaodePoiModel[];
suggestion?: IGaodePoiSearchSuggestionsModel[];
}
/** 高德地图API */
export class GaodePoi {
id: string;
name: string;
typecode: string;
biz_type: any[];
address: string;
gjclng: number;
gjclat: number;
wgslng: number;
wgslat: number;
tel: string;
distance: any[];
biz_ext: any[];
pname: string;
cityname: string;
adname: string;
importance: any[];
shopid: any[];
shopinfo: string | number;
poiweight: any[];
constructor(parameters: IGaodePoiModel) {
// 复制属性
this.id = parameters.id;
this.name = parameters.name;
this.typecode = parameters.typecode;
this.biz_type = parameters.biz_type;
this.address = parameters.address;
this.tel = parameters.tel;
this.distance = parameters.distance;
this.biz_ext = parameters.biz_ext;
this.pname = parameters.pname;
this.cityname = parameters.cityname;
this.adname = parameters.adname;
this.importance = parameters.importance;
this.shopid = parameters.shopid;
this.shopinfo = parameters.shopinfo;
this.poiweight = parameters.poiweight;
// 计算坐标
var coords = parameters.location.split(",");
this.gjclng = parseFloat(coords[0])
this.gjclat = parseFloat(coords[1])
var wgs = coordtransform.gcj02towgs84(this.gjclng, this.gjclat)
this.wgslng = wgs[0];
this.wgslat = wgs[1];
}
static getFields(): string[] {
return [ "id", "name", "typecode", "biz_type", "address", "gjclng", "gjclat", "wgslng", "wgslat", "tel", "distance", "biz_ext", "pname", "cityname", "adname", "importance", "shopid", "shopinfo", "poiweight" ]
}
}
```
这里面在构造函数中，调用了坐标转换库，转换了获取到的坐标。这个过程在获取结果时，在构造的过程中自动调用。
具体程序示例请参考：[download-gaode-poi](https://github.com/HPDell/download-gaode-poi)
### HTML页面的示例
如果不是爬开放API，类型化也有一定的作用。例如爬取列表的时候，或者详细信息的时候，可以知道哪些属性时需要爬的，以及还有哪些属性没有爬下来。例如这段类型的声明
```ts
export class ErshoufangListItem {
id: string;
title: string;
link: string;
property: string;
propertylink: string;
tags: Array<string>;
total_price: number;
unit_price: number;
type_time: string;
constructor(self?: ErshoufangListItem) {
this.tags = new Array<string>();
if (self) {
this.title = self.title;
this.link = self.link;
this.property = self.property;
this.propertylink = self.propertylink;
this.tags = self.tags;
this.total_price = self.total_price;
this.unit_price = self.unit_price;
this.type_time = self.type_time;
}
}
}
```
对应了下面这个列表页面中所需要提取的数据
在爬取页面的时候，按照这个类型中声明的属性进行爬取即可。这一点可以用于多人协作中，一个人负责确定所要爬取的数据的原型（声明这个类），另一个人便写爬虫，其他人按照这个类型对数据进行分析。
## 延时函数编写
如果想让程序等待一定时间再继续爬取，`setInterval()`函数是可以使用的，但是又容易掉到回调坑里面。如果你再一个请求得到返回结果后又发起了一系列请求，这样两套`setInterval()`是统一不起来的，各计各的时间（因为request也用的是回调）。这个时候用TypeScript的`await`关键字调用一个延时函数（起名为`delay()`）是再好不过的。
`delay()`函数如下：
```ts
/**
* 延时函数
* @param times 延时时间
*/
function delay(times: number): Promise<void>{
return new Promise<void>((resolve, reject)=>{setTimeout(()=>resolve(), times)});
}
// 使用时直接用await关键字“调用”即可。
await delay(10000);
```
## “前端爬虫”的后台搭建
像百度地图API这种开放平台，有的时候JavaScript API提供的功能比Web服务API提供的功能多。例如，JavaScript API提供了“商圈”数据获取的功能。如果我们要爬取商圈数据，那就只在HTML页面中，调用这套API，将获取到的数据，通过Ajax发送到服务器上。此时要求服务器需要提供上传数据的接口，一旦这个接口被访问，服务器将前端上传的数据保存到文件中即可。
> 之所以这样做，是因为浏览器一般没有直接操作本地文件的能力，不能再获取到数据之后直接保存成文件。如果真要直接保存，那可能只能保存成cookie或者“本地存储”之类的东西？这样又不是很好用。
这样一个爬虫的分工就更明显了。前端工程师可以在前端设计页面如何自动调用API进行数据获取并提交，后端工程师设计服务器接口以进行数据的接收、处理和存储。
例如在编写这个商圈数据爬虫的过程中，百度给的[示例页面](http://api.map.baidu.com/library/CityList/1.4/examples/CityList.html)是这样的：
使用的是百度提供的[CityList](http://api.map.baidu.com/library/CityList/1.4/docs/symbols/BMapLib.CityList.html)类，包含两个方法：
* `getBussiness()`：获取商圈数据。
* `getSubAreaList()`：获取下级的区域列表。
通过前端不断调用`getBussiness()`方法，即可获取到不同商圈的参数。
```ts
for (let j = 0; j < all_business.length; j++) {
const element = all_business[j];
console.log(element, "商圈数据");
await new Promise(function (resolve, reject) {
cityList.getBusiness(element, async function (json) {
await new Promise(function (resolve, reject) {
$.ajax({
url: "/upload/businessCircle",
type: "POST",
data: {
body: JSON.stringify({
name: element,
business: json,
city: "武汉市"
})
},
success: function (body) {
resolve();
},
error: function () {
reject();
}
})
})
resolve();
})
})
await new Promise(function (resolve, reject) {
setTimeout(function () {
resolve()
}, 1000)
})
}
```
这段程序代码中：
* 由于ES6带来了`await`，前端现在也可以使用这种方式来使异步执行的程序同步化。但同样要求在`async`修饰的函数中才能使用`await`关键字。
* `all_business`是所有商圈的名字。不同城市可能有相同名字的商圈，比如“中山公园”，这时可以根据返回结果中商圈的“城市”字段在判断。
* `JSON.stringify()`POST参数是“Key-Value”模式的，因此一个键对应一个值，这个值用字符串形式。如果直接传入一个对象，会被转换成多个键值对的形式。所以遇到JS对象，就要用`JSON.stringify()`函数将其变成字符串，在后台再用`JSON.parse()`函数解析。
* POST参数可以使用TypeScript的interface进行建模，这就需要浏览器中的脚本也使用TypeScript编写，然后编译。对于前端来说使用TypeScript的意义可能不大，因为很多前端库没有TypeScript的声明文件。但是前端工程师可以将自己所采用的POST参数模型交给后端工程师，后端工程师按照这个模型进行处理。
在后端，建立一个接受POST请求的服务，比如我用Express搭建的服务器，提供了这样一个POST接口：
```ts
/**
* 浏览器提交商圈
* @param req 请求
* @param res 响应
* @param next 后处理函数
*/
function postBusinessCircle(req: express.Request, res: express.Response, next: express.NextFunction) {
var data: {name: string, city: string, business: BusinessCircle[]} = JSON.parse(req.body.body);
fs.writeFile(`data/BusinessCircle/${data.name}.json`, JSON.stringify({
name: data.name,
business: data.business.filter(x => x.city === data.city)
}), (err) => {
if (err) console.log(err);
else {
console.log(`${data.name}写文件完成`);
res.send("success")
}
})
}
var router = express.Router();
router.post("/businessCircle", postBusinessCircle)
module.exports = router;
```
即可接收前端通过POST参数上传的数据。
具体程序示例请参考：[baidu-business-circle](https://github.com/HPDell/baidu-business-circle)。
# 其他的话
## 抓包工具
要爬虫一定无法避免抓包。一般浏览器的开发人员工具又抓包的功能，同样也可以使用一些抓包工具来抓包。我比较喜欢使用抓包工具Fiddler。
使用浏览器自带的抓包工具，只能在当前页面抓包，而且如果新弹出了一个窗口，往往需要打开抓包工具后刷新一下页面才能抓到包。抓包的结果不能保存，不太方便。
使用Fiddler抓包就比较有优势，可以克服上述问题。但是Fiddler抓包范围太广，有些其他程序的http/https请求也会被抓到，因此抓包的结果可能要多很多。这个时候就要仔细分析哪些包是需要的，哪些包是不需要的。分析起来难度增大俩。
其他抓包工具我还没有试过，用过Fiddler之后感觉确实挺好用的，所以就没有试其他的了。
Fiddler还可以抓手机上的包，只需要设置代理即可，我曾经用这种方法抓了参考消息App的包，分析出它的API。如果一个手机软件用的是HTTPS协议，装一下Fiddler的证书即可。当然这时最好还是在安卓模拟器里面安装，以防个人信息无意中泄露。
## SourceMap选项
如果使用VSCode编写的话，可以直接调试。直接调试JavaScript是可以的，但是如何调试TypeScript呢？毕竟tsc编译生成的JS脚本太复杂了。
这需要在tsconfig.json文件和.vscode/launch.json中，分别开启sourceMap选项和sourceMaps选项。
```ts
// tsconfig.json
{
"compilerOptions": {
"lib": [
"es2015"
],
"sourceMap": true
}
}
// .vscode/launch.json
{
// 使用 IntelliSense 了解相关属性。
// 悬停以查看现有属性的描述。
// 欲了解更多信息，请访问: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
"version": "0.2.0",
"configurations": [
{
"type": "node",
"request": "launch",
"name": "Launch Program",
"program": "${file}",
"sourceMaps": true,
"outFiles": [
"${workspaceFolder}/**/*.js"
]
}
]
}
```
## Visual Studio Code 的插件
VSCode有一个“JSON to TS”的插件，在使用起来非常方便。这个插件可以根据剪贴板或JSON文件中的JSON字符串，按照其格式，生成对应的TypeScript Interface。这样，如果爬取一些给出了示例JSON数据的开放API，或者是前端工程师提供的示例数据，都可以直接使用这个插件生成Interface，非常方便开发。
不过这样生成的Interface也不是万能的，需要手动修改一些地方。如一些Interface的名字等。
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暂时先记录到这里了。如果日后发现有一些需要补充的还会再添加上。如有错误欢迎大家指正。
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