Python爬虫中的单线程、多线程问题（文末送书）

前言

在使用爬虫爬取数据的时候，当需要爬取的数据量比较大，且急需很快获取到数据的时候，可以考虑将单线程的爬虫写成多线程的爬虫。下面来学习一些它的基础知识和代码编写方法。

一、进程和线程

进程可以理解为是正在运行的程序的实例。进程是拥有资源的独立单位，而线程不是独立的单位。由于每一次调度进程的开销比较大，为此才引入的线程。一个进程可以拥有多个线程，一个进程中可以同时存在多个线程，这些线程共享该进程的资源，线程的切换消耗是很小的。因此在操作系统中引入进程的目的是更好地使多道程序并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量;而引入线程的目的则是减小程序在并发执行时所付出的时空开销，提高操作系统的并发性能。
下面用简单的例子进行描述，打开本地计算机的”任务管理器”如图1所示，这些正在运行的程序叫作进程。如果将一个进程比喻成一个工作，指定10个人来做这份工作，这10个人就是10个线程。因此，在一定的范围内，多线程效率比单线程效率更高。

图1.任务管理器

二、Python中的多线程与单线程

在我们平时学习的过程中，使用的主要是单线程爬虫。一般来说，如果爬取的资源不是特别大，使用单线程即可。在Python中，默认情况下是单线程的，简单理解为：代码是按顺序依次运行的，比如先运行第一行代码，再运行第二行，依次类推。在前面章节所学习知识中，都是以单线程的形式实践的。
举个例子，批量下载某网站的图片，由于下载图片是一个耗时的操作，如果依然采用单线程的方式下载，那么效率就会特别低，意味着需要消耗更多的时间等待下载。为了节约时间，这时候我们就可以考虑使用多线程的方式来下载图片。
threading模块是Python中专门用来做多线程编程的模块，它对thread进行了封装,使用更加方便。例如需要对写代码和玩游戏两个事件使用多线程进行，案例代码如下。

import threading
import time
# 定义第一个
def coding():
    for x in range(3):
        print('%s正在写代码\n' % x)
        time.sleep(1)
# 定义第二个
def playing():
    for x in range(3):
        print('%s正在玩游戏\n' % x)
        time.sleep(1)
# 如果使用多线程执行
def multi_thread():
    start = time.time()
    #  Thread创建第一个线程，target参数为函数命
    t1 = threading.Thread(target=coding)
    t1.start()  # 启动线程
    # 创建第二个线程
    t2 = threading.Thread(target=playing)
    t2.start()
    # join是确保thread子线程执行完毕后才能执行下一个线程
    t1.join()
    t2.join()
    end = time.time()
    running_time = end - start  
    print('总共运行时间 : %.5f 秒' % running_time)
# 执行
if __name__ == '__main__':
    multi_thread()  # 执行单线程

运行结果如图2所示：

图2.多线程运行结果
那么执行单线程会消耗多少时间，案例代码如下所示。

import time
# 定义第一个
def coding():
    for x in range(3):
        print('%s正在写代码\n' % x)
        time.sleep(1)
# 定义第二个
def playing():
    start = time.time()
    for x in range(3):
        print('%s正在玩游戏\n' % x)
        time.sleep(1)
    end = time.time()
    running_time = end - start
    print('总共运行时间 : %.5f 秒' % running_time)
def single_thread():
    coding()
    playing()
# 执行
if __name__ == '__main__':
    single_thread()  # 执行单线程

运行结果如图3所示：

图3.单线程运行结果
经过以上多线程和单线程的运行结果，可以看出多线程中写代码和玩游戏是一起执行的，单线程中则是先写代码再玩游戏。从时间上来说，可能只有细微的差距，当执行工作量很大的时候，便会发现多线程消耗的时间会更少，从这个案例中我们也可以知道，当所需要执行的任务并不多的时候，只需要编写单线程即可。

三、单线程改为多线程

以某直播的图片爬取为例，案例代码如下：

import requests
from lxml import etree
import time
import os

dirpath = '图片/'
if not os.path.exists(dirpath):
    os.mkdir(dirpath)  # 创建文件夹

header = {
    'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_13_3) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/65.0.3325.162 Safari/537.36'
}
def get_photo():
    url = 'https://www.huya.com/g/4079/'  # 目标网站
    response = requests.get(url=url, headers=header)  # 发送请求
    data = etree.HTML(response.text)  # 转化为html格式
    return data

def jiexi():
    data = get_photo()
    image_url = data.xpath('//a//img//@data-original')
    image_name = data.xpath('//a//img[@class="pic"]//@alt')
    for ur, name in zip(image_url, image_name):
        url = ur.replace('?imageview/4/0/w/338/h/190/blur/1', '')
        title = name + '.jpg'
        response = requests.get(url=url, headers=header)  # 在此发送新的请求
        with open(dirpath + title, 'wb') as f:
            f.write(response.content)
        print("下载成功" + name)
        time.sleep(2)

if __name__ == '__main__':
        jiexi()

如果需要修改为多线程爬虫，只需要修改主函数即可，例如创建4个线程进行爬取，案例代码如下所示：

if __name__ == "__main__":
    threads = []
    start = time.time()
    # 创建四个进程
    for i in range(1, 5):
        thread = threading.Thread(target=jiexi(), args=(i,))
        threads.append(thread)
        thread.start()
    for thread in threads:
        thread.join()
    end = time.time()
    running_time = end - start
    print('总共消耗时间 : %.5f 秒' % running_time)
    print("全部完成!")  # 主程序

文末免费送书：Python网络爬虫入门到实战

本书介绍了Python3网络爬虫的常见技术。首先介绍了网页的基础知识，然后介绍了urllib、Requests请求库以及XPath、Beautiful Soup等解析库，接着介绍了selenium对动态网站的爬取和Scrapy爬虫框架，最后介绍了Linux基础，便于读者自主部署编写好的爬虫脚本。本书所有代码和相关素材可以到GitHub下载获取，地址为https://github.com/sfvsfv/Crawer。
本书主要面向对网络爬虫感兴趣的初学者。。

本书内容
本书通过简单易懂的案例，讲解Python语言的爬虫技术。全书共分为8章，第1章为网页的内容，第2~7章为爬虫的内容，第8章为Linux基础。
第1章：介绍了HTML和CSS的基础知识，虽然本章并不是直接与爬虫相关，但它是学习爬虫技术的基础。对于已经掌握基本网页基础的读者，可以选择跳过该章。
第2章：正式进入爬虫技术的学习阶段，这一章介绍了最基本的两个请求库（urllib和Requests），有知识点的讲解，也有实战案例的讲解。
第3章：本章对正则表达式做了详细的描述，同时有案例的实践。学完本章就可以掌握最基本的爬虫技术了。
第4章：主要介绍XPath解析库，配有实际的案例进行讲解，以帮助读者加深理解和巩固。
第5章：主要介绍另一个解析库Beautiful Soup，它在提取数据中也很方便，对相关知识点以及实际的案例都有所讲解。XPath和Beautiful Soup可以使信息的提取更加方便、快捷，是爬虫必备利器。
第6章：主要介绍selenium自动化测试。现在越来越多的网站内容是经过 JavaScript 渲染得到的，而原始 HTML 文本可能不包含任何有效内容，使用模块selenium实现模拟浏览器进行数据爬取是非常好的选择。
第7章：在大规模数据的爬取中，不太用得上基础模块，Scrapy 是目前使用最广泛的爬虫框架之一，本章介绍了Scrapy爬虫框架的详细搭建和实践。针对数据存储过程部分使用的MySql数据库，整章有多个实际的案例，以帮助读者加深理解和巩固。
第8章：主要介绍了Linux的基础知识点，以帮助读者能够在服务器部署脚本。
相关资源
本书所有代码和相关素材可以到GitHub下载获取，地址为https://github.com/sfvsfv/Crawer。关于代码的实用性需要声明：所有代码都是笔者在写书阶段编写的，如果有部分爬虫脚本失效，有可能是网站的结构发生了变化。希望读者在阅读本书的过程中，以学习笔者所介绍的方法为主。
Python网络爬虫入门到实战致谢
本书的撰写与出版得益于同行众多同类教程的启发，以及陈姗姗老师和同伴周培源的帮助，在此深表感谢。同时也感谢一路走来支持笔者的读者。由于本人水平有限，书中难免有不妥之处，诚挚期盼专家和广大读者批评指正。