利用C#實現(xiàn)網(wǎng)絡爬蟲

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C#教程|點擊：次

網(wǎng)絡爬蟲在信息檢索與處理中有很大的作用，是收集網(wǎng)絡信息的重要工具。

接下來就介紹一下爬蟲的簡單實現(xiàn)。

爬蟲的工作流程如下

爬蟲自指定的URL地址開始下載網(wǎng)絡資源，直到該地址和所有子地址的指定資源都下載完畢為止。

下面開始逐步分析爬蟲的實現(xiàn)。

1. 待下載集合與已下載集合

為了保存需要下載的URL，同時防止重復下載，我們需要分別用了兩個集合來存放將要下載的URL和已經(jīng)下載的URL。

因為在保存URL的同時需要保存與URL相關的一些其他信息，如深度，所以這里我采用了Dictionary來存放這些URL。

具體類型是Dictionary<string, int> 其中string是Url字符串，int是該Url相對于基URL的深度。

每次開始時都檢查未下載的集合，如果已經(jīng)為空，說明已經(jīng)下載完畢；如果還有URL，那么就取出第一個URL加入到已下載的集合中，并且下載這個URL的資源。

2. HTTP請求和響應

C#已經(jīng)有封裝好的HTTP請求和響應的類HttpWebRequest和HttpWebResponse，所以實現(xiàn)起來方便不少。

為了提高下載的效率，我們可以用多個請求并發(fā)的方式同時下載多個URL的資源，一種簡單的做法是采用異步請求的方法。

控制并發(fā)的數(shù)量可以用如下方法實現(xiàn)

private void DispatchWork()
{
 if (_stop) //判斷是否中止下載
 {
  return;
 }
 for (int i = 0; i < _reqCount; i++)
 {
  if (!_reqsBusy[i]) //判斷此編號的工作實例是否空閑
  {
   RequestResource(i); //讓此工作實例請求資源
  }
 }
}

由于沒有顯式開新線程，所以用一個工作實例來表示一個邏輯工作線程

private bool[] _reqsBusy = null; //每個元素代表一個工作實例是否正在工作
private int _reqCount = 4; //工作實例的數(shù)量

每次一個工作實例完成工作，相應的_reqsBusy就設為false，并調(diào)用DispatchWork，那么DispatchWork就能給空閑的實例分配新任務了。

接下來是發(fā)送請求

private void RequestResource(int index)
 {
  int depth;
  string url = "";
  try
  {
   lock (_locker)
   {
    if (_urlsUnload.Count <= 0) //判斷是否還有未下載的URL
    {
     _workingSignals.FinishWorking(index); //設置工作實例的狀態(tài)為Finished
     return;
    }
    _reqsBusy[index] = true;
    _workingSignals.StartWorking(index); //設置工作狀態(tài)為Working
    depth = _urlsUnload.First().Value; //取出第一個未下載的URL
    url = _urlsUnload.First().Key;
    _urlsLoaded.Add(url, depth); //把該URL加入到已下載里
    _urlsUnload.Remove(url); //把該URL從未下載中移除
   }
     
   HttpWebRequest req = (HttpWebRequest)WebRequest.Create(url);
   req.Method = _method; //請求方法
   req.Accept = _accept; //接受的內(nèi)容
   req.UserAgent = _userAgent; //用戶代理
   RequestState rs = new RequestState(req, url, depth, index); //回調(diào)方法的參數(shù)
   var result = req.BeginGetResponse(new AsyncCallback(ReceivedResource), rs); //異步請求
   ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(result.AsyncWaitHandle, //注冊超時處理方法
     TimeoutCallback, rs, _maxTime, true);
  }
  catch (WebException we)
  {
   MessageBox.Show("RequestResource " + we.Message + url + we.Status);
  }
 }

第7行為了保證多個任務并發(fā)時的同步，加上了互斥鎖。_locker是一個Object類型的成員變量。

第9行判斷未下載集合是否為空，如果為空就把當前工作實例狀態(tài)設為Finished；如果非空則設為Working并取出一個URL開始下載。當所有工作實例都為Finished的時候，說明下載已經(jīng)完成。由于每次下載完一個URL后都調(diào)用DispatchWork，所以可能激活其他的Finished工作實例重新開始工作。

第26行的請求的額外信息在異步請求的回調(diào)方法作為參數(shù)傳入，之后還會提到。

第27行開始異步請求，這里需要傳入一個回調(diào)方法作為響應請求時的處理，同時傳入回調(diào)方法的參數(shù)。

第28行給該異步請求注冊一個超時處理方法TimeoutCallback，最大等待時間是_maxTime，且只處理一次超時，并傳入請求的額外信息作為回調(diào)方法的參數(shù)。

RequestState的定義是

class RequestState
{
 private const int BUFFER_SIZE = 131072; //接收數(shù)據(jù)包的空間大小
 private byte[] _data = new byte[BUFFER_SIZE]; //接收數(shù)據(jù)包的buffer
 private StringBuilder _sb = new StringBuilder(); //存放所有接收到的字符

 public HttpWebRequest Req { get; private set; } //請求
 public string Url { get; private set; } //請求的URL
 public int Depth { get; private set; } //此次請求的相對深度
 public int Index { get; private set; } //工作實例的編號
 public Stream ResStream { get; set; } //接收數(shù)據(jù)流
 public StringBuilder Html
 {
  get
  {
   return _sb;
  }
 }

 public byte[] Data
 {
  get
  {
   return _data;
  }
 }

 public int BufferSize
 {
  get
  {
   return BUFFER_SIZE;
  }
 }

 public RequestState(HttpWebRequest req, string url, int depth, int index)
 {
  Req = req;
  Url = url;
  Depth = depth;
  Index = index;
 }
}

TimeoutCallback的定義是

private void TimeoutCallback(object state, bool timedOut)
{
 if (timedOut) //判斷是否是超時
 {
  RequestState rs = state as RequestState;
  if (rs != null)
  {
   rs.Req.Abort(); //撤銷請求
  }
  _reqsBusy[rs.Index] = false; //重置工作狀態(tài)
  DispatchWork(); //分配新任務
 }
}

接下來就是要處理請求的響應了

private void ReceivedResource(IAsyncResult ar)
{
 RequestState rs = (RequestState)ar.AsyncState; //得到請求時傳入的參數(shù)
 HttpWebRequest req = rs.Req;
 string url = rs.Url;
 try
 {
  HttpWebResponse res = (HttpWebResponse)req.EndGetResponse(ar); //獲取響應
  if (_stop) //判斷是否中止下載
  {
   res.Close();
   req.Abort();
   return;
  }
  if (res != null && res.StatusCode == HttpStatusCode.OK) //判斷是否成功獲取響應
  {
   Stream resStream = res.GetResponseStream(); //得到資源流
   rs.ResStream = resStream;
   var result = resStream.BeginRead(rs.Data, 0, rs.BufferSize, //異步請求讀取數(shù)據(jù)
    new AsyncCallback(ReceivedData), rs);
  }
  else //響應失敗
  {
   res.Close();
   rs.Req.Abort();
   _reqsBusy[rs.Index] = false; //重置工作狀態(tài)
   DispatchWork(); //分配新任務
  }
 }
 catch (WebException we)
 {
  MessageBox.Show("ReceivedResource " + we.Message + url + we.Status);
 }
}

第19行這里采用了異步的方法來讀數(shù)據(jù)流是因為我們之前采用了異步的方式請求，不然的話不能夠正常的接收數(shù)據(jù)。

該異步讀取的方式是按包來讀取的，所以一旦接收到一個包就會調(diào)用傳入的回調(diào)方法ReceivedData，然后在該方法中處理收到的數(shù)據(jù)。

該方法同時傳入了接收數(shù)據(jù)的空間rs.Data和空間的大小rs.BufferSize。

接下來是接收數(shù)據(jù)和處理

private void ReceivedData(IAsyncResult ar)
{
 RequestState rs = (RequestState)ar.AsyncState; //獲取參數(shù)
 HttpWebRequest req = rs.Req;
 Stream resStream = rs.ResStream;
 string url = rs.Url;
 int depth = rs.Depth;
 string html = null;
 int index = rs.Index;
 int read = 0;

 try
 {
  read = resStream.EndRead(ar); //獲得數(shù)據(jù)讀取結果
  if (_stop)//判斷是否中止下載
  {
   rs.ResStream.Close();
   req.Abort();
   return;
  }
  if (read > 0)
  {
   MemoryStream ms = new MemoryStream(rs.Data, 0, read); //利用獲得的數(shù)據(jù)創(chuàng)建內(nèi)存流
   StreamReader reader = new StreamReader(ms, _encoding);
   string str = reader.ReadToEnd(); //讀取所有字符
   rs.Html.Append(str); // 添加到之前的末尾
   var result = resStream.BeginRead(rs.Data, 0, rs.BufferSize, //再次異步請求讀取數(shù)據(jù)
    new AsyncCallback(ReceivedData), rs);
   return;
  }
  html = rs.Html.ToString();
  SaveContents(html, url); //保存到本地
  string[] links = GetLinks(html); //獲取頁面中的鏈接
  AddUrls(links, depth + 1); //過濾鏈接并添加到未下載集合中

  _reqsBusy[index] = false; //重置工作狀態(tài)
  DispatchWork(); //分配新任務
 }
 catch (WebException we)
 {
  MessageBox.Show("ReceivedData Web " + we.Message + url + we.Status);
 }
}

第14行獲得了讀取的數(shù)據(jù)大小read，如果read>0說明數(shù)據(jù)可能還沒有讀完，所以在27行繼續(xù)請求讀下一個數(shù)據(jù)包；

如果read<=0說明所有數(shù)據(jù)已經(jīng)接收完畢，這時rs.Html中存放了完整的HTML數(shù)據(jù)，就可以進行下一步的處理了。

第26行把這一次得到的字符串拼接在之前保存的字符串的后面，最后就能得到完整的HTML字符串。

然后說一下判斷所有任務完成的處理

private void StartDownload()
{
 _checkTimer = new Timer(new TimerCallback(CheckFinish), null, 0, 300);
 DispatchWork();
}

private void CheckFinish(object param)
{
 if (_workingSignals.IsFinished()) //檢查是否所有工作實例都為Finished
 {
  _checkTimer.Dispose(); //停止定時器
  _checkTimer = null;
  if (DownloadFinish != null && _ui != null) //判斷是否注冊了完成事件
  {
   _ui.Dispatcher.Invoke(DownloadFinish, _index); //調(diào)用事件
  }
 }
}

第3行創(chuàng)建了一個定時器，每過300ms調(diào)用一次CheckFinish來判斷是否完成任務。
第15行提供了一個完成任務時的事件，可以給客戶程序注冊。_index里存放了當前下載URL的個數(shù)。

該事件的定義是

public delegate void DownloadFinishHandler(int count);

/// <summary>
/// 全部鏈接下載分析完畢后觸發(fā)
/// </summary>
public event DownloadFinishHandler DownloadFinish = null;

3. 保存頁面文件

這一部分可簡單可復雜，如果只要簡單地把HTML代碼全部保存下來的話，直接存文件就行了。

private void SaveContents(string html, string url)
{
 if (string.IsNullOrEmpty(html)) //判斷html字符串是否有效
 {
  return;
 }
 string path = string.Format("{0}\\{1}.txt", _path, _index++); //生成文件名

 try
 {
  using (StreamWriter fs = new StreamWriter(path))
  {
   fs.Write(html); //寫文件
  }
 }
 catch (IOException ioe)
 {
  MessageBox.Show("SaveContents IO" + ioe.Message + " path=" + path);
 }

 if (ContentsSaved != null)
 {
  _ui.Dispatcher.Invoke(ContentsSaved, path, url); //調(diào)用保存文件事件
 }
}

第23行這里又出現(xiàn)了一個事件，是保存文件之后觸發(fā)的，客戶程序可以之前進行注冊。

public delegate void ContentsSavedHandler(string path, string url);

/// <summary>
/// 文件被保存到本地后觸發(fā)
/// </summary>
public event ContentsSavedHandler ContentsSaved = null;

4. 提取頁面鏈接

提取鏈接用正則表達式就能搞定了，不懂的可以上網(wǎng)搜。

下面的字符串就能匹配到頁面中的鏈接

http://([\w-]+\.)+[\w-]+(/[\w- ./?%&=]*)?

詳細見代碼

private string[] GetLinks(string html)
{
 const string pattern = @"http://([\w-]+\.)+[\w-]+(/[\w- ./?%&=]*)?";
 Regex r = new Regex(pattern, RegexOptions.IgnoreCase); //新建正則模式
 MatchCollection m = r.Matches(html); //獲得匹配結果
 string[] links = new string[m.Count]; 

 for (int i = 0; i < m.Count; i++)
 {
  links[i] = m[i].ToString(); //提取出結果
 }
 return links;
}

5. 鏈接的過濾

不是所有的鏈接我們都需要下載，所以通過過濾，去掉我們不需要的鏈接

這些鏈接一般有：

1）、已經(jīng)下載的鏈接
2）、深度過大的鏈接
3）、其他的不需要的資源，如圖片、CSS等

//判斷鏈接是否已經(jīng)下載或者已經(jīng)處于未下載集合中
private bool UrlExists(string url) 
{
 bool result = _urlsUnload.ContainsKey(url);
 result |= _urlsLoaded.ContainsKey(url);
 return result;
}

private bool UrlAvailable(string url)
{
 if (UrlExists(url))
 {
  return false; //已經(jīng)存在
 }
 if (url.Contains(".jpg") || url.Contains(".gif")
  || url.Contains(".png") || url.Contains(".css")
  || url.Contains(".js"))
 {
  return false; //去掉一些圖片之類的資源
 }
 return true;
}

private void AddUrls(string[] urls, int depth)
{
 if (depth >= _maxDepth)
 {
  return; //深度過大
 }
 foreach (string url in urls)
 {
  string cleanUrl = url.Trim(); //去掉前后空格
  cleanUrl = cleanUrl.TrimEnd('/'); //統(tǒng)一去掉最后面的'/'
  if (UrlAvailable(cleanUrl))
  {
   if (cleanUrl.Contains(_baseUrl))
   {
    _urlsUnload.Add(cleanUrl, depth); //是內(nèi)鏈，直接加入未下載集合
   }
   else
   {
    // 外鏈處理
   }
  }
 }
}

第34行的_baseUrl是爬取的基地址，如http://news.sina.com.cn/，將會保存為news.sina.com.cn，當一個URL包含此字符串時，說明是該基地址下的鏈接；否則為外鏈。

_baseUrl的處理如下，_rootUrl是第一個要下載的URL

/// <summary>
/// 下載根Url
/// </summary>
public string RootUrl
{
 get
 {
  return _rootUrl;
 }
 set
 {
  if (!value.Contains("http://"))
  {
   _rootUrl = "http://" + value;
  }
  else
  {
   _rootUrl = value;
  }
  _baseUrl = _rootUrl.Replace("www.", ""); //全站的話去掉www
  _baseUrl = _baseUrl.Replace("http://", ""); //去掉協(xié)議名
  _baseUrl = _baseUrl.TrimEnd('/'); //去掉末尾的'/'
 }
}

至此，基本的爬蟲功能實現(xiàn)就介紹完了。

最后附上源代碼和DEMO程序，爬蟲的源代碼在Spider.cs中，DEMO是一個WPF的程序，Test里是一個控制臺的單線程版版本。

下載地址：C#實現(xiàn)網(wǎng)絡爬蟲DEMO

以上就是C#實現(xiàn)網(wǎng)絡爬蟲的全部過程，代碼解析很詳細，希望對大家的學習有所幫助。

上一篇：C#簡單實現(xiàn)在網(wǎng)頁上發(fā)郵件的案例

欄目：C#教程

下一篇：C#中的數(shù)組作為參數(shù)傳遞所引發(fā)的問題

本文標題：利用C#實現(xiàn)網(wǎng)絡爬蟲

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