Python如何爬取實時變化的WebSocket資料

AI科技大本營發表於2019-03-10

PythonWeb

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作者 | 韋世東

來源 | 進擊的Coder（公眾號id：FightingCode）

一、前言

作為一名爬蟲工程師，在工作中常常會遇到爬取實時資料的需求，比如體育賽事實時資料、股市實時資料或幣圈實時變化的資料。如下圖：

Web 領域中，用於實現資料'實時'更新的手段有輪詢和 WebSocket 這兩種。輪詢指的是客戶端按照一定時間間隔（如 1 秒）訪問服務端介面，從而達到 '實時' 的效果，雖然看起來資料像是實時更新的，但實際上它有一定的時間間隔，並不是真正的實時更新。輪詢通常採用拉模式，由客戶端主動從服務端拉取資料。

WebSocket 採用的是推模式，由服務端主動將資料推送給客戶端，這種方式是真正的實時更新。

二、什麼是 WebSocket

WebSocket是一種在單個TCP連線上進行全雙工通訊的協議。它使得客戶端和伺服器之間的資料交換變得更加簡單，允許服務端主動向客戶端推送資料。在WebSocket API中，瀏覽器和伺服器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以建立永續性的連線，並進行雙向資料傳輸。

WebSocket 優點

較少的控制開銷：只需要進行一次握手，攜帶一次請求頭資訊即可，後續只傳輸資料即可，相比 HTTP 每次請求都攜帶請求頭，WebSocket 非常省資源。
更強的實時性：由於伺服器可以主動推送訊息，這使得延遲變得可以忽略不計，相比 HTTP 輪詢的時間間隔，WebSocket 可以在相同的時間內進行多次傳輸。
二進位制支援：WebSocket 支援二進位制幀，這意味著傳輸更節省。
……

爬蟲面對 HTTP 和 WebSocket

Python 中的網路請求庫非常多，Requests 是最常用的請求庫之一，它可以模擬傳送網路請求。但是這些請求都是基於 HTTP 協議的。在面對 WebSocket 的時候 Requests 就發揮不料作用了，必須使用能夠連線 WebSocket 的庫。

三、爬取思路

這裡以萊特幣官網 http://www.laiteb.com/ 實時資料為例。WebSocket 的握手只發生一次，所以如果需要通過瀏覽器開發者工具觀察網路請求，則需要在開啟頁面的情況下，開啟瀏覽器開發者工具，定位到 NewWork 選項卡，並輸入或重新整理當前頁面，才能觀察到 WebSocket 的握手請求和資料傳輸情況。這裡以 Chrome 瀏覽器為例:

在開發者工具中提供了篩選功能，其中 WS 選項代表只顯示 WebSocket 連線的網路請求。

這時候可以看到請求記錄列表中有一條名為 realTime 的記錄，滑鼠左鍵點選它後，開發者工具會分為左右兩欄，右側列出本條請求記錄的詳細資訊：

與 HTTP 請求不同的是，WebSocket 連線地址以 ws 或 wss 開頭。連線成功的狀態碼不是 200，而是 101。

Headers 標籤頁記錄的是 Request 和 Response 資訊，而 Frames 標籤頁中記錄的則是雙方互傳的資料，也是我們需要爬取的資料內容：

Frames 圖中綠色箭頭向上的資料是客戶端傳送給服務端的資料，橙色箭頭向下的資料是服務端推送給客戶端的資料。

從資料順序中可以看到，客戶端先傳送：

{"action":"subscribe","args":["QuoteBin5m:14"]}

然後服務端才會推送資訊(一直推送)：

{"group":"QuoteBin5m:14","data":[{"low":"55.42","high":"55.63","open":"55.42","close":"55.59","last_price":"55.59","avg_price":"55.5111587372932781077","volume":"40078","timestamp":1551941701,"rise_fall_rate":"0.0030674846625766871","rise_fall_value":"0.17","base_coin_volume":"400.78","quote_coin_volume":"22247.7621987324"}]}

所以，從發起握手到獲得資料的整個流程為：

那麼，現在問題來了：

握手怎麼弄？
連線保持怎麼弄？
訊息傳送和接收怎麼弄？
有什麼庫可以輕鬆實現嗎？

四、aiowebsocket

Python 庫中用於連線 WebSocket 的有很多，但是易用、穩定的有 websocket-client(非非同步)、websockets(非同步)、aiowebsocket（非同步）。

可以根據專案需求選擇三者之一，今天介紹的是非同步 WebSocket 連線客戶端 aiowebsocket。

Github 地址為：https://github.com/asyncins/aiowebsocket

ReadMe中介紹到：

AioWebSocket是一個遵循 WebSocket 規範的非同步 WebSocket 客戶端，相對於其他庫它更輕、更快。

它的安裝和其他庫一樣簡單，使用 pip install aiowebsocket 即可。安裝好後，我們可以根據 ReadMe 中提供的示例程式碼來測試：

import asyncio
import logging
from datetime import datetime
from aiowebsocket.converses import AioWebSocket


async def startup(uri):
    async with AioWebSocket(uri) as aws:
        converse = aws.manipulator
        message = b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
        while True:
            await converse.send(message)
            print('{time}-Client send: {message}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), message=message))
            mes = await converse.receive()
            print('{time}-Client receive: {rec}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), rec=mes))


if __name__ == '__main__':
    remote = 'ws://echo.websocket.org'
    try:
        asyncio.get_event_loop().run_until_complete(startup(remote))
    except KeyboardInterrupt as exc:
        logging.info('Quit.')

執行後的結果輸出為：

2019-03-07 15:43:55-Client send: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:55-Client receive: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:55-Client send: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:56-Client receive: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
2019-03-07 15:43:56-Client send: b'AioWebSocket - Async WebSocket Client'
……

send 表示客戶端向服務端傳送的訊息

recive 表示服務端向客戶端推送的訊息

五、編碼獲取資料

回到這一次的爬取需求，目標網站是萊特幣官網：

從剛才的網路請求記錄中，我們得知目標網站的 WebSocket 地址為：wss://api.bbxapp.vip/v1/ifcontract/realTime,從地址中可以看出目標網站使用的是 wss，也就是 ws 的安全版，它們的關係跟 HTTP/HTTPS 一樣。aiowebsocket 會自動處理並識別 ssl，所以我們並不需要作額外的操作，只需要將目標地址賦值給連線 uri 即可：

import asyncio
import logging
from datetime import datetime
from aiowebsocket.converses import AioWebSocket


async def startup(uri):
    async with AioWebSocket(uri) as aws:
        converse = aws.manipulator
        while True:
            mes = await converse.receive()
            print('{time}-Client receive: {rec}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), rec=mes))


if __name__ == '__main__':
    remote = 'wss://api.bbxapp.vip/v1/ifcontract/realTime'
    try:
        asyncio.get_event_loop().run_until_complete(startup(remote))
    except KeyboardInterrupt as exc:
        logging.info('Quit.')

執行程式碼後觀察輸出，你會發現什麼都沒有發生。既沒有內容輸出，也沒有斷開連線，程式一直在執行，但是什麼都沒有：

這是為什麼呢？

是對方不接受我方的請求嗎？

還是有什麼反爬蟲限制呢？

實際上，剛才的流程圖可以解釋這個問題：

整個流程中有一步是需要客戶端給服務端傳送指定的訊息，服務端驗證後才會不停推送資料。所以，應該在訊息讀取前、握手連線後加上訊息傳送的程式碼：

import asyncio
import logging
from datetime import datetime
from aiowebsocket.converses import AioWebSocket


async def startup(uri):
    async with AioWebSocket(uri) as aws:
        converse = aws.manipulator
        while True:
            mes = await converse.receive()
            print('{time}-Client receive: {rec}'
                  .format(time=datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), rec=mes))


if __name__ == '__main__':
    remote = 'wss://api.bbxapp.vip/v1/ifcontract/realTime'
    try:
        asyncio.get_event_loop().run_until_complete(startup(remote))
    except KeyboardInterrupt as exc:
        logging.info('Quit.')

儲存後執行，就會看到資料來源源不斷的推送過來：

到這裡，爬蟲就能夠獲取到想要的資料了。

aiowebsocket 做了什麼

程式碼不長，使用的時候只需要將目標網站 WebSocket 地址填入，然後按照流程傳送資料即可，那麼 aiowebsocket 在這個過程中做了什麼呢？

首先，aiowebsocket 根據 WebSocket 地址，向指定的服務端傳送握手請求，並校驗握手結果。
然後，在確認握手成功後，將資料傳送給服務端。
整個過程中為了保持連線不斷開，aiowebsocket 會自動與服務端響應 ping pong。
最後，aiowebsocket 讀取服務端推送的訊息

（本文為 AI科技大本營轉載文章，轉載請聯絡作者）

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