Node.js 爬蟲開發新手技巧﹍Google Apps Script 替代品

過去一直使用「Google Apps Script 製作網頁爬蟲程式」，並配合「Google 試算表做為資料庫」，基本上不但免費、可應付大多數的需求，同時 Google 試算表還很強大，操作起來不但方便，只要能上網的地方就可使用，省下雲端同步的麻煩，比 Excel 方便太多。 Google Apps Script(以下簡稱 GAS)免費使用的主要限制為，每次執行的時間上限為 6 分鐘，一天最多可執行約 90 分鐘(非手動執行的情況下)，如果是簡單的爬蟲不會有什麼問題。不過最近需要製作執行時間較長的爬蟲，GAS 就算是付費版(Google Workspace)，雖然一天可執行總時間長達 6 小時，但每次執行時間上限仍然為 6 分鐘，所以只好另尋其他方案。 找到最簡單、方便的方案為 Node.js，跟 GAS 一樣都是使用 Javascript 語言，在 Windows / Mac 作業系統可直接執行，可說是前端工程師的福音，只要學會一種語言就可通吃「前端+後端+資料庫」，本篇將整理使用 Node.js 製作爬蟲需要具備的基本知識、技巧、開發環境等等內容。 (圖片出處: pexels.com)

一、Node.js 開發環境

1. 介紹、安裝 Node.js 跟前端 Javascript(以下簡稱 JS) 不太一樣，是後端環境使用的 JS，所以沒有前端的 window、DOM 等等，詳細的介紹與安裝方式，可參考：

• Node.js 入門
• Node.js 官站下載

2. 使用 Sublime Text 3 開發我慣用的 JS 開發、編輯工具為 Sublime Text 3(以下簡稱 ST3)，這個工具同樣可以做為 Node.js 開發之用。在作業系統安裝完 Node.js 後，可參考以下文章進行：

• Sublime Text 3 新手上路
• 使用Sublime 編譯 nodeJS

完成以上流程後，在 ST3 編輯 .js檔並儲存，按下 Ctrl+B就能執行 Node.js 程式碼。 3. 安裝模組 npm yarn Node.js 有數十萬個模組可以取用，如何選擇合適的模組需要一些智慧與判斷方式，例如查看近期下載數量、更新版本、更新頻率等等。而管理這些模組的工具，過去知名的是 npm，近期受好評的是 yarn，如何抉擇與安裝，可參考以下：

• npm和yarn的區別
• npm 套件管理工具
• 安裝 yarn

二、Node.js 上手資源

開發環境處理完畢後，需要了解如何開始寫 Node.js，以下提供新手可以隨時查閱的上手資訊：

• Node.js 教程
• Node.js API 官方文件

接下來會介紹跟爬蟲相關，需要了解的知識。

三、全域變數

執行爬蟲之前可能需要從檔案讀取資料，完成之後可能需要儲存檔案，那麼有兩個 Node.js 全域變數需要了解：

• __dirname：執行 js 檔的目錄
• __filename：該 js 檔的檔案路徑

以下為範例： console.log(__dirname); // D:\WFU console.log(__filename); // D:\WFU\node_test.js

四、原生模組

1. 引用原生模組所有 Node.js 原生模組可在「官方文件」找到，執行模組之前要用 require 來載入，以下為載入 os 模組，取得系統資訊的範例： var os = require("os"); console.log("CPU 資訊:" + JSON.stringify(os.cpus()));以上程式碼可讀取本機的 CPU 資訊，os 的用法可參考「os 操作系統」。 2. 重要原生模組以下為製作爬蟲可能用到的原生模組：

• fs：用來操作檔案的讀寫，十分重要，這篇是簡單的教學「Node.js 檔案系統」
• path：用於檔案路徑的字串轉換，也很常用到，這篇是簡單的教學「Node.js中路徑處理模組path詳解」
• url：用來處理與解析網址相關字串
• querystring：如果會用到 url 的話，querystring 可以處理網址編碼的轉換

五、外部模組

1. 第三方模組 node.js 除了官方模組，還有許多自行開發且好用的模組，可到官網搜尋需要的功能：

• NPM

只有原生模組才能直接 require 載入，非原生模組的處理請參考前面的說明用 npm 或 yarn，流程如下：

• 打開 DOS 命令視窗，進入專案資料夾路徑
• 執行指令 npm init或 yarn init進行初始化(加入參數 -y 可省略回答)
• 執行指令安裝模組 npm install 模組名稱或 yarn add 模組名稱
• 完成以上就可以 require 載入第三方模組

2. 自建模組除了第三方模組，也可建立模組自用，方法為：

• 在 js 檔中建立一個物件
• 將該物件存入 module.exports
• 記住此 js 檔的檔名、存放路徑

範例如下： function wfu_module(){ console.log("成功載入模組 !"); } module.exports = wfu_module;引用此模組的範例程式碼如下，假設檔名為 wfu.js： var wfu_module = require("./wfu"); wfu_module(); // 成功載入模組 !

• require 參數需要加上正確的檔案路徑， "./" 代表「wfu.js」放在同樣的路徑
• 副檔名 ".js" 可省略
• 在 ST3 按下 Ctrl+B執行即可看到效果

六、載入外部函數

GAS 用習慣後，Node.js 會稍微不適應，因為 GAS 可以很輕鬆地引用所有外部函數，就跟前端的 JS 操作起來一模一樣。 舉例來說，前端載入一段 script 後，這段 script 的所有全域變數、所有函數等等，在整個網頁的其他地方都可引用。而 Node.js 不一樣，載入了一個外部模組，只能使用那個模組的變數，這代表想要執行 10 個外部模組，得執行載入 10 次的動作，沒有比較簡化的作法，很花時間。 於是研究了一下，能否一次打包多個函數，只要載入一次就好，就能執行多個外部函數，我找到了這個討論串：

• In Node.js, how do I include functions from my other files?

該討論串提出了不少實用的作法，列出兩個實用的方法做為記錄。使用這兩個技巧後，就可將多個函數打包入一個檔案，只需載入一次即可。 1. 使用 eval假設外部 wfu.js 內容如下： function wfu_module(){ console.log("成功載入模組 !"); }引用 wfu_module 函數的範例程式碼如下： var fs = require("fs"); // 操作存取檔案的原生模組 eval(fs.readFileSync("./wfu.js") + ""); // 讀取 wfu.js 內容並轉為字串, 用 eval 執行 wfu_module(); // 呼叫外部函數2. 使用 this假設外部 wfu.js 內容如下： module.exports = function() { this.wfu_module = function() { console.log("成功載入模組 !"); }; }引用 wfu_module 函數的範例程式碼如下： require("./wfu.js")(); // 執行 wfu.js 內容, 讓 wfu_module 成為全域變數 wfu_module(); // 呼叫外部函數

七、同步 / 非同步

1. 同步與非同步的差異 JS「同步/非同步」造成的問題可參考「前端 JS 如何避免 callback 地獄？」，這方面不得不令人懷念起 GAS 的單純環境，所有程式碼一律是「同步」執行緒，一件事執行完才會接續下個動作，程式碼非常好寫。 Node.js 以同時間可大量平行運算、執行高效而聞名，可參考「Node.js 單執行緒、非同步、非阻塞 I/O」。那麼在後端執行爬蟲任務時，不可避免會遇上大量「非同步」程式碼，若程式架構寫不好就會形成「callback 地獄」，同時後續也難以閱讀、維護、管理，以下大致說明 Node.js 這部分需要注意、學習的內容。 2. async / await從 JS ES7 這一版開始加入了 async / await 函數，用來讓「非同步」執行緒可以「同步」執行，只要 Node.js 安裝的是 v7.6 以後的版本就可使用 async / await，其原理及操作方式可參考這篇「Async / Await 深度介紹」。 3. 非同步執行範例下面以常用的檔案存取功能 fs 做為範例，說明非同步執行緒會有什麼狀況。 假設要讀取的文字檔 wfu.txt 內容如下： Blogger 調校資料庫執行程式碼如下： var fs = require("fs"); console.log("程式執行開始！"); fs.readFile("./wfu.txt", "utf8", function(err, data) { if (err) { console.log("無法讀取檔案！"); } else { console.log(data); } }); console.log("程式執行結束！");執行結果如下，可以看的出 wfu.txt 檔案的內容無法依序顯示出來(最後一行才顯示)： 程式執行開始！ 程式執行結束！ Blogger 調校資料庫4. 同步執行範例以下利用 async / await 標準寫法，來修改執行程式碼，： var fs = require("fs"); function readFile() { return new Promise((resolve, reject) => { fs.readFile("./wfu.txt", "utf8", function(err, data) { if (err) { console.log("無法讀取檔案！"); reject(err); } else { console.log(data); resolve(data); } }); }); } async function wfu_sync() { console.log("程式執行開始！"); await readFile(); console.log("程式執行結束！"); } wfu_sync();執行結果如下，可以看出 wfu.txt 檔案內容已經依序顯示出來： 程式執行開始！ Blogger 調校資料庫 程式執行結束！

八、Node.js 同步技巧

前面介紹的是 JS「非同步改同步」標準作法，Node.js 在這方面提供一些實用工作可以簡化程式碼。 1. 改用 fs 同步方法除了「非同步」版本，Node.js 為所有的 fs 檔案存取方法都提供了「同步」版本，可參考官方文件「fs 文件系統」→「同步的API」，這裡列出了全部方法。 舉例來說，前面用到的 fs.readFile 方法，同步版本就是 fs.readFileSync，字尾一律多出 "Sync" 字串，範例程式碼如下： var fs = require("fs"); console.log("程式執行開始！"); var content = fs.readFileSync("./wfu.txt", "utf8"); console.log(content); console.log("程式執行結束！");簡直是太舒暢了，不用搞什麼 Promise / async / await 這些有的沒的對吧？一行搞定所有工作！ 但其實這是最不建議的作法，因為這樣的同步方法，無法使用 callback，萬一讀取檔案失敗，系統會立刻報錯，之後的所有程式碼都會中斷無法繼續執行。 所以若要使用 Node.js 內建的「同步」方法，得每個地方都另外寫 try catch 才行，例如這樣： try { fs.readFileSync("./wfu.txt", "utf8"); } catch (error) { console.log(error); }2. 改用 fs.promises比較推薦的作法會是 fs.promises，可以將 fs 模組的所有方法轉換為 Promise 物件，例如 fs.promises.readFile。經此處理後的程式碼比較簡潔，範例如下： var fs = require("fs"); ~async function() { console.log("程式執行開始！"); await fs.promises.readFile("./wfu.txt", "utf8") .then(data => { console.log(data); }).catch(err => { console.log(err); }); console.log("程式執行結束！"); }();3. 改用 util.promisify Node.js 主要為 fs 模組提供了同步方法，不代表其他模組都有同步方法。還好官方提供了一個超級實用的工具 util.promisify，可以將其他原生非同步模組轉換為 Promise 物件，來執行「同步」效果，以下為範例程式碼： var fs = require("fs"), util = require("util"), readFile = util.promisify(fs.readFile); ~async function() { console.log("程式執行開始！"); await readFile("./wfu.txt", "utf8") .then(data => { console.log(data); }).catch(err => { console.log(err); }); console.log("程式執行結束！"); }();

九、延遲執行

1. 爬網頁不可頻繁最後補充爬蟲程式常會用到的功能。爬網頁時為了不造成對伺服器的困擾與負擔，間隔頻率不可太頻繁，否則就成了「DDOS 攻擊」。而且伺服器對頻繁的爬取也會進行封鎖，所以需要重複爬取同網站時，最好間隔一段時間。 可參考「降低網頁爬蟲被偵測封鎖的實用方法」→「五、設定隨機的延遲時間」，這裡提出的概念：

• 間隔時間都相同時很容易被偵測到
• 根據程式碼，延遲的秒數最好都在 5 秒以上

2. Node.js 實現延遲時間一般後端語言都會內建延遲時間(sleep)的相關功能，但 Node.js 並沒有相關的內建模組。找到這篇「nodejs中實現sleep休眠函數」提供了多種作法，由於篇幅的關係不解釋原理了，多數的作法要嘛需耗用大量 CPU 運算，要嘛需要安裝及載入第三方模組，最推薦的作法是使用 JS 原生函數 Atomics.wait，以下提供範例程式碼： // 延遲執行 n 毫秒； function sleep(n) { var sharedArrayBuffer = new SharedArrayBuffer(4), sharedArray = new Int32Array(sharedArrayBuffer); Atomics.wait(sharedArray, 0, 0, n); } console.log("程式執行開始！"); sleep(2000); // 暫停 2 秒 console.log("程式執行結束！");在 ST3 儲存後，按下 Ctrl+B執行可發現，2 秒後才會印出 "程式執行結束！"，完美實現延遲時間的功能。 了解本篇基礎知識後，下一篇會分享完整的爬蟲配套方案如何建構。