网络爬虫(Spider)Java实现原理

“网络蜘蛛”或者说“网络爬虫”，是一种能访问网站并跟踪链接的程序，通过它，可快速地画出一个网站所包含的网页地图信息。本文主要讲述如何使用Java编程来构建一个“蜘蛛”，我们会先以一个可复用的蜘蛛类包装一个基本的“蜘蛛”，并在示例程序中演示如何创建一个特定的“蜘蛛”来扫描相关网站并找出死链接。

Java语言在此非常适合构建一个“蜘蛛”程序，其内建了对HTTP协议的支持，通过它可以传输大部分的网页信息；其还内建了一个HTML解析器，正是这两个原因使Java 语言成为本文构建“蜘蛛”程序的首选。

文章后面例1的示例程序，将会扫描一个网站，并寻找死链接。使用这个程序时需先输入一个URL并单击“Begin”按钮，程序开始之后，“Begin”按钮会变成“Cancel”按钮。在程序扫描网站期间，会在“Cancel”按钮之下显示进度，且在检查当前网页时，也会显示相关正常链接与死链接的数目，死链接将显示在程序底部的滚动文本框中。单击“Cancel”按钮会停止扫描过程，之后可以输入一个新的URL；如果期间没有单击“Cancel”，程序将会一直运行直到查找完所有网页，此后，“Cancel”按钮会再次变回“Begin”，表示程序已停止。

下面将演示示例程序是如何与可复用“Spider”类交互的，示例程序包含在例1的CheckLinks类中，这个类实现了ISpiderReportable接口，如例2所示，正是通过这个接口，蜘蛛类才能与示例程序相交互。在这个接口中，定义了三个方法：第一个方法是“spiderFoundURL”，它在每次程序定位一个URL时被调用，如果方法返回true，表示程序应继续执行下去并找出其中的链接；第二个方法是“spiderURLError”，它在每次程序检测URL导致错误时被调用（如“404 页面未找到”）；第三个方法是“spiderFoundEMail”，它在每次发现电子邮件地址时被调用。有了这三个方法，Spider类就能把相关信息反馈给创建它的程序了。

在begin方法被调用后，“蜘蛛”就开始工作了；为允许程序重绘其用户界面，“蜘蛛”是作为一个单独的线程启动的。点击“Begin”按钮会开始这个后台线程，当后台线程运行之后，又会调用“CheckLinks”类的run方法，而run方法是由Spider对象实例化时启动的，如下所示：

spider = new Spider(this);

spider.clear();

base = new URL(url.getText());

spider.addURL(base);

spider.begin();

首先，一个新的Spider对象被实例化，在此，需要传递一个“ISpiderReportable”对象给Spider对象的构造函数，因为“CheckLinks”类实现了“ISpiderReportable”接口，只需简单地把它作为当前对象（可由关键字this表示）传递给构造函数即可；其次，在程序中维护了一个其访问过的URL列表，而“clear”方法的调用则是为了确保程序开始时URL列表为空，程序开始运行之前必须添加一个URL到它的待处理列表中，此时用户输入的URL则是添加到列表中的第一个，程序就由扫描这个网页开始，并找到与这个起始URL相链接的其他页面；最后，调用“begin”方法开始运行“蜘蛛”，这个方法直到“蜘蛛”工作完毕或用户取消才会返回。

当“蜘蛛”运行时，可以调用由“ISpiderReportable”接口实现的三个方法来报告程序当前状态，程序的大部分工作都是由“spiderFoundURL”方法来完成的，当“蜘蛛”发现一个新的URL时，它首先检查其是否有效，如果这个URL导致一个错误，就会把它当作一个死链接；如果链接有效，就会继续检查它是否在一个不同的服务器上，如果链接在同一服务器上，“spiderFoundURL”返回true，表示“蜘蛛”应继续跟踪这个URL并找出其他链接，如果链接在另外的服务器上，就不会扫描是否还有其他链接，因为这会导致“蜘蛛”不断地浏览Internet，寻找更多、更多的网站，所以，示例程序只会查找用户指定网站上的链接。

构造Spider类

前面已经讲了如何使用Spider类，请看例3中的代码。使用Spider类及“ISpiderReportable”接口能方便地为某一程序添加“蜘蛛”功能，下面继续讲解Spider类是怎样工作的。

Spider类必须保持对其访问过的URL的跟踪，这样做的目的是为了确保“蜘蛛”不会访问同一URL一次以上；进一步来说，“蜘蛛”必须把URL分成三组，第一组存储在“workloadWaiting”属性中，包含了一个未处理的URL列表，“蜘蛛”要访问的第一个URL也存在其中；第二组存储在“workloadProcessed”中，它是“蜘蛛”已经处理过且无需再次访问的URL；第三组存储在“workloadError”中，包含了发生错误的URL。

Begin方法包含了Spider类的主循环，其一直重复遍历“workloadWaiting”，并处理其中的每一个页面，当然我们也想到了，在这些页面被处理时，很可能有其他的URL 添加到“workloadWaiting”中，所以，begin方法一直继续此过程，直到调用Spider类的cancel方法，或“workloadWaiting”中已不再剩有URL。这个过程如下：cancel = false;

while ( !getWorkloadWaiting().isEmpty() && !cancel ) {

Object list[] = getWorkloadWaiting().toArray();

for ( int i=0; (i

processURL((URL)list[i]);

}

当上述代码遍历“workloadWaiting”时，它把每个需处理的URL都传递给“processURL”方法，而这个方法才是真正读取并解析URL中HTML信息的。

读取并解析HTML

Java同时支持访问URL内容及解析HTML，而这正是“processURL”方法要做的。在Java中读取URL内容相对还比较简单，下面就是“processURL”方法实现此功能的代码：

URLConnection connection = url.openConnection();

if ( (connection.getContentType()!=null) &&!connection.getContentType().toLowerCase().startsWith("text/") ) {

getWorkloadWaiting().remove(url);

getWorkloadProcessed().add(url);

log("Not processing because content type is: " +

connection.getContentType() );

return;

}

首先，为每个传递进来的变量url中存储的URL构造一个“URLConnection”对象，因为网站上会有多种类型的文档，而“蜘蛛”只对那些包含HTML，尤其是基于文本的文档感兴趣。前述代码是为了确保文档内容以“text/”打头，如果文档类型为非文本，会从等待区移除此URL，并把它添加到已处理区，这也是为了保证不会再次访问此URL。在对特定URL建立连接之后，接下来就要解析其内容了。下面的代码打开了URL 连接，并读取内容：

InputStream is = connection.getInputStream();

Reader r = new InputStreamReader(is); //字符流reader

现在，我们有了一个Reader对象，可以用它来读取此URL的内容，对本文中的“蜘蛛”来说，只需简单地把其内容传递给HTML解析器就可以了。本例中使用的HTML解析器为Swing HTML解析器，其由Java内置，但由于Java对HTML解析的支持力度不够，所以必须重载一个类来实现对HTML解析器的访问，这就是为什么我们要调用“HTMLEditorKit”类中的“getParser”方法。但不幸的是，Sun公司把这个方法置为protected，唯一的解决办法就是创建自己的类并重载“getParser”方法，并把它置为public，这由“HTMLParse”类来实现，请看例4：

import javax.swing.text.html.*;

public class HTMLParse extends HTMLEditorKit {

public HTMLEditorKit.Parser getParser()

{

return super.getParser();

}

}

这个类用在Spider类的“processURL”方法中，我们也会看到，Reader对象会用于读取传递到“HTMLEditorKit.Parser”中网页的内容：

//这个地方意思是，所谓的回调方法，就是供别人调用的，当parser的对reader对象进行解析的时候，发现标记或者文本就会去调用回调类的方法去执行相应的动作reader

HTMLEditorKit.Parser parse = new HTMLParse().getParser();

parse.parse(r,new Parser(url),true);

请留意，这里又构造了一个新的Parser类，这个Parser类是一个Spider类中的内嵌类，而且还是一个回调类，它包含了对应于每种HTML tag将要调用的特定方法。在本文中，我们只需关心两类回调函数，它们分别对应一个简单tag（即不带结束tag的tag，如）和一个开始tag，这两类回调函数名为“handleSimpleTag”和“handleStartTag”。因为每种的处理过程都是一样的，所以“handleStartTag”方法仅是简单地调用“handleSimpleTag”，而“handleSimpleTag”则会负责从文档中取出超链接，这些超链接将会用于定位“蜘蛛”要访问的其他页面。在当前tag 被解析时，“handleSimpleTag”会检查是否存在一个“href”或超文本引用：

String href = (String)a.getAttribute(HTML.Attribute.HREF);

if( (href==null) && (t==HTML.Tag.FRAME) )

href = (String)a.getAttribute(HTML.Attribute.SRC);

if ( href==null )

return;

如果不存在“href”属性，会继续检查当前tag是否为一个Frame，Frame会使用一个“src”属性指向其他页面，一个典型的超链接通常为以下形式：

上面链接中的“href”属性指向其链接到的页面，但是“linkedpage.html”不是一个地址，它只是指定了这个Web服务器上一个页面上的某处，这称为相对URL，相对URL必须被解析为绝对URL，而这由以下代码完成：

URL url = new URL(base,str);

这又会构造一个URL，str为相对URL，base为这个URL上的页面，这种形式的URL类构造函数可构造一个绝对URL。在URL变为正确的绝对形式之后，通过检查它是否在等待区，来确认此URL是否已经被处理过。如果此URL没有被处理过，它会添加到等待区，之后，它会像其他URL一样被处理。

相关的代码如下所示：

1.CheckLinks.java

import java.awt.*;

import javax.swing.*;

import https://www.360docs.net/doc/406352152.html,.*;

import java.io.*;

public class CheckLinks extends javax.swing.JFrame implements Runnable,ISpiderReportable {

/**

* The constructor. Perform setup here.

*/

public CheckLinks()

{

//{{INIT_CONTROLS

setTitle("Find Broken Links");

getContentPane().setLayout(null);

setSize(405,288);

setVisible(true);

label1.setText("Enter a URL:");

getContentPane().add(label1);

label1.setBounds(12,12,84,12);

begin.setText("Begin");

begin.setActionCommand("Begin");

getContentPane().add(begin);

begin.setBounds(12,36,84,24);

getContentPane().add(url);

url.setBounds(108,36,288,24);

errorScroll.setAutoscrolls(true);

errorScroll.setHorizontalScrollBarPolicy(javax.swing.

ScrollPaneConstants.HORIZONTAL_SCROLLBAR_ALWAYS);

errorScroll.setVerticalScrollBarPolicy(javax.swing.

ScrollPaneConstants.VERTICAL_SCROLLBAR_ALWAYS);

errorScroll.setOpaque(true);

getContentPane().add(errorScroll);

errorScroll.setBounds(12,120,384,156);

errors.setEditable(false);

errorScroll.getViewport().add(errors);

errors.setBounds(0,0,366,138);

current.setText("Currently Processing: ");

getContentPane().add(current);

current.setBounds(12,72,384,12);

goodLinksLabel.setText("Good Links: 0");

getContentPane().add(goodLinksLabel);

goodLinksLabel.setBounds(12,96,192,12);

badLinksLabel.setText("Bad Links: 0");

getContentPane().add(badLinksLabel);

badLinksLabel.setBounds(216,96,96,12);

//}}

//{{INIT_MENUS

//}}

//{{REGISTER_LISTENERS

SymAction lSymAction = new SymAction();

begin.addActionListener(lSymAction);

//}}

}

/**

* Main method for the application

*

* @param args Not used

*/

static public void main(String args[])

{

(new CheckLinks()).setVisible(true);

}

/**

* Add notifications.

*/

public void addNotify()

{

// Record the size of the window prior to calling parent's

// addNotify.

Dimension size = getSize();

super.addNotify();

if ( frameSizeAdjusted )

return;

frameSizeAdjusted = true;

// Adjust size of frame according to the insets and menu bar Insets insets = getInsets();

javax.swing.JMenuBar menuBar = getRootPane().getJMenuBar(); int menuBarHeight = 0;

if ( menuBar != null )

menuBarHeight = menuBar.getPreferredSize().height;

setSize(insets.left + insets.right + size.width, insets.top +

insets.bottom + size.height +

menuBarHeight);

}

// Used by addNotify

boolean frameSizeAdjusted = false;

//{{DECLARE_CONTROLS

javax.swing.JLabel label1 = new javax.swing.JLabel();

/**

* The begin or cancel button

*/

javax.swing.JButton begin = new javax.swing.JButton();

/**

* The URL being processed

*/

javax.swing.JTextField url = new javax.swing.JTextField();

/**

* Scroll the errors.

*/

javax.swing.JScrollPane errorScroll =

new javax.swing.JScrollPane();

/**

* A place to store the errors created

*/

javax.swing.JTextArea errors = new javax.swing.JTextArea();

javax.swing.JLabel current = new javax.swing.JLabel(); javax.swing.JLabel goodLinksLabel = new javax.swing.JLabel(); javax.swing.JLabel badLinksLabel = new javax.swing.JLabel(); //}}

//{{DECLARE_MENUS

//}}

/**

* The background spider thread

*/

protected Thread backgroundThread;

/**

* The spider object being used

*/

protected Spider spider;

/**

* The URL that the spider began with

*/

protected URL base;

/**

* How many bad links have been found

*/

protected int badLinksCount = 0;

/**

* How many good links have been found

*/

protected int goodLinksCount = 0;

/**

* Internal class used to dispatch events

*

* @author wuhailin

* @version 1.0

*/

class SymAction implements java.awt.event.ActionListener { public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent event) {

Object object = event.getSource();

if ( object == begin )

begin_actionPerformed(event);

}

}

/**

* Called when the begin or cancel buttons are clicked

*

* @param event The event associated with the button.

*/

void begin_actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent event) {

if ( backgroundThread==null ) {

begin.setLabel("Cancel");

backgroundThread = new Thread(this);

backgroundThread.start();

goodLinksCount=0;

badLinksCount=0;

} else {

spider.cancel();

}

}

/**

* Perform the background thread operation. This method * actually starts the background thread.

*/

public void run()

{

try {

errors.setText("");

spider = new Spider(this);

spider.clear();

base = new URL(url.getText());

spider.addURL(base);

spider.begin();

Runnable doLater = new Runnable()

{

public void run()

{

begin.setText("Begin");

}

};

SwingUtilities.invokeLater(doLater);

backgroundThread=null;

} catch ( MalformedURLException e ) {

UpdateErrors err = new UpdateErrors();

err.msg = "Bad address.";

SwingUtilities.invokeLater(err);

}

}

/**

* Called by the spider when a URL is found. It is here

* that links are validated.

*

* @param base The page that the link was found on.

* @param url The actual link address.

*/

public boolean spiderFoundURL(URL base,URL url)

{

UpdateCurrentStats cs = new UpdateCurrentStats(); cs.msg = url.toString();

SwingUtilities.invokeLater(cs);

if ( !checkLink(url) ) {

UpdateErrors err = new UpdateErrors();

err.msg = url+"(on page " + base + ")\n";

SwingUtilities.invokeLater(err);

badLinksCount++;

return false;

}

goodLinksCount++;

if ( !url.getHost().equalsIgnoreCase(base.getHost()) ) return false;

else

return true;

}

/**

* Called when a URL error is found

*

* @param url The URL that resulted in an error.

*/

public void spiderURLError(URL url)

{

}

/**

* Called internally to check whether a link is good

*

* @param url The link that is being checked.

* @return True if the link was good, false otherwise. */

protected boolean checkLink(URL url)

{

try {

URLConnection connection = url.openConnection();

connection.connect();

return true;

} catch ( IOException e ) {

return false;

}

}

/**

* Called when the spider finds an e-mail address

*

* @param email The email address the spider found. */

public void spiderFoundEMail(String email)

{

}

/**

* Internal class used to update the error information * in a Thread-Safe way

*/

class UpdateErrors implements Runnable {

public String msg;

public void run()

{

errors.append(msg);

}

}

/**

* Used to update the current status information

* in a "Thread-Safe" way

*/

class UpdateCurrentStats implements Runnable { public String msg;

public void run()

{

current.setText("Currently Processing: " + msg );

goodLinksLabel.setText("Good Links: " + goodLinksCount);

badLinksLabel.setText("Bad Links: " + badLinksCount);

}

}

}

2.ISpiderReportable .java

import https://www.360docs.net/doc/406352152.html,.*;

interface ISpiderReportable {

public boolean spiderFoundURL(URL base,URL url);

public void spiderURLError(URL url);

public void spiderFoundEMail(String email);

}

3.Spider .java

import java.util.*;

import https://www.360docs.net/doc/406352152.html,.*;

import java.io.*;

import javax.swing.text.*;

import javax.swing.text.html.*;

/**

* That class implements a reusable spider

*/

public class Spider {

/**

* A collection of URLs that resulted in an error

*/

protected Collection workloadError = new ArrayList(3);

/**

* A collection of URLs that are waiting to be processed

*/

protected Collection workloadWaiting = new ArrayList(3);

/**

* A collection of URLs that were processed

*/

protected Collection workloadProcessed = new ArrayList(3);

/**

* The class that the spider should report its URLs to

*/

protected ISpiderReportable report;

/**

* A flag that indicates whether this process

* should be canceled

*/

protected boolean cancel = false;

/**

* The constructor

*

* @param report A class that implements the ISpiderReportable * interface, that will receive information that the

* spider finds.

*/

public Spider(ISpiderReportable report)

{

this.report = report;

}

/**

* Get the URLs that resulted in an error.

*

* @return A collection of URL's.

*/

public Collection getWorkloadError()

{

return workloadError;

}

/**

* Get the URLs that were waiting to be processed.

* You should add one URL to this collection to

* begin the spider.

*

* @return A collection of URLs.

*/

public Collection getWorkloadWaiting()

{

return workloadWaiting;

}

/**

* Get the URLs that were processed by this spider.

*

* @return A collection of URLs.

*/

public Collection getWorkloadProcessed()

{

return workloadProcessed;

}

/**

* Clear all of the workloads.

*/

public void clear()

{

getWorkloadError().clear();

getWorkloadWaiting().clear();

getWorkloadProcessed().clear();

}

/**

* Set a flag that will cause the begin

* method to return before it is done.

*/

public void cancel()

{

cancel = true;

}

/**

* Add a URL for processing.

*

* @param url

*/

public void addURL(URL url)

{

if ( getWorkloadWaiting().contains(url) )

return;

if ( getWorkloadError().contains(url) )

return;

if ( getWorkloadProcessed().contains(url) )

return;

log("Adding to workload: " + url );

getWorkloadWaiting().add(url);

}

/**

* Called internally to process a URL

*

* @param url The URL to be processed.

*/

public void processURL(URL url)

{

try {

log("Processing: " + url );

// get the URL's contents

URLConnection connection = url.openConnection();

if ( (connection.getContentType()!=null) &&

!connection.getContentType().toLowerCase().startsWith("text/") ) { getWorkloadWaiting().remove(url);

getWorkloadProcessed().add(url);

log("Not processing because content type is: " +

connection.getContentType() );

return;

}

// read the URL

InputStream is = connection.getInputStream();

Reader r = new InputStreamReader(is);

// parse the URL

HTMLEditorKit.Parser parse = new HTMLParse().getParser();

parse.parse(r,new Parser(url),true);

} catch ( IOException e ) {

getWorkloadWaiting().remove(url);

getWorkloadError().add(url);

log("Error: " + url );

report.spiderURLError(url);

return;

}

// mark URL as complete

getWorkloadWaiting().remove(url);

getWorkloadProcessed().add(url);

log("Complete: " + url );

}

/**

* Called to start the spider

*/

public void begin()

{

cancel = false;

while ( !getWorkloadWaiting().isEmpty() && !cancel ) {

Object list[] = getWorkloadWaiting().toArray();

for ( int i=0;(i

processURL((URL)list[i]);

}

}

/**

* A HTML parser callback used by this class to detect links

*

* @author wuhailin

* @version 1.0

*/

protected class Parser

extends HTMLEditorKit.ParserCallback {

protected URL base;

public Parser(URL base)

{

this.base = base;

}

public void handleSimpleTag(HTML.Tag t,

MutableAttributeSet a,int pos) {

String href = (String)a.getAttribute(HTML.Attribute.HREF);

if( (href==null) && (t==HTML.Tag.FRAME) )

href = (String)a.getAttribute(HTML.Attribute.SRC);

if ( href==null )

return;

int i = href.indexOf('#');

if ( i!=-1 )

href = href.substring(0,i);

if ( href.toLowerCase().startsWith("mailto:") ) { report.spiderFoundEMail(href);

return;

}

handleLink(base,href);

}

public void handleStartTag(HTML.Tag t,

MutableAttributeSet a,int pos) {

handleSimpleTag(t,a,pos); // handle the same way }

protected void handleLink(URL base,String str) {

try {

URL url = new URL(base,str);

if ( report.spiderFoundURL(base,url) )

addURL(url);

} catch ( MalformedURLException e ) {

log("Found malformed URL: " + str );

}

}

}

/**

* Called internally to log information

* This basic method just writes the log

* out to the stdout.

*

* @param entry The information to be written to the log. */

public void log(String entry)

{

System.out.println( (new Date()) + ":" + entry );

}

}

4.HTMLParse .java

import javax.swing.text.html.*;

public class HTMLParse extends HTMLEditorKit {

public HTMLEditorKit.Parser getParser()

{

return super.getParser();

}

}