【Python爬虫】：urllib Cookie管理，会话持久化完全掌握

# 1. Python爬虫与urllib基础

在当今的数据驱动时代，Python爬虫已成为获取网络数据的重要工具。Python作为一种高级编程语言，其简洁明了的语法，以及丰富的第三方库支持，让编写爬虫程序变得轻而易举。urllib库作为Python的标准库之一，它为网络请求提供了简单易用的接口。本章将从Python爬虫的基本概念出发，逐步深入到urllib库的使用技巧，帮助读者快速搭建起爬虫的基础框架。

我们将从最简单的网络请求开始，介绍如何利用urllib发起HTTP请求，并获取网页内容。同时，本章还会涵盖一些基础的网络知识，如URL解析、HTTP响应码处理以及如何处理网络异常。这一切都是为了在后续章节深入探讨Cookie管理、会话持久化等高级主题时，建立坚实的基础知识。随着章节的推进，我们将逐渐过渡到更复杂的数据解析和会话管理技术，以适应更为多变的网络环境和反爬虫策略。

让我们从一个简单的urllib使用示例开始，来感受一下Python爬虫的魅力和实用性：

import urllib.request

# 使用urllib发起一个简单的GET请求
response = urllib.request.urlopen('***')
html = response.read()

# 打印获取到的网页内容
print(html)

通过这段代码，我们已经能够完成一个基础的网络请求，并获取到了网页的数据。接下来的章节，将带领读者深入理解urllib在更复杂场景下的运用。

# 2. 深入理解Cookie与会话持久化

### 2.1 Cookie的概念和作用

#### 2.1.1 Cookie的定义和工作原理
Cookie是服务器发送到用户浏览器并保存在本地的一小块数据，它会在浏览器下次向同一服务器再发起请求时被携带并发送到服务器上。由于服务器的HTTP响应是无状态的，Cookie的存在使得浏览器与服务器之间可以建立一种“状态保持”的关系，从而能够进行如用户登录、购物车记录等需要记忆状态的交互。

Cookie的基本工作原理涉及以下几个步骤：

1. 用户访问网站，服务器检查用户是否已经拥有一个相应的Session，如果没有，则创建一个新的Session。
2. 服务器生成一个唯一的标识（Session ID），并将这个ID作为Cookie值返回给用户的浏览器。
3. 用户的浏览器在随后的请求中将此Cookie发送给服务器。
4. 服务器接收到请求后，通过Cookie中的Session ID来识别用户，并找到与之对应的Session数据。

#### 2.1.2 Cookie在爬虫中的应用
在爬虫开发中，正确地处理和使用Cookie是实现复杂网络请求和维持登录状态的重要手段。使用Cookie可以模拟正常用户的行为，从而提高爬虫的隐蔽性和成功率。例如，对于需要登录才能访问的网站，爬虫需要保存登录后服务器返回的Cookie，并在后续的请求中携带这些Cookie以维持登录状态。

### 2.2 urllib模块中的Cookie管理机制

#### 2.2.1 Python标准库中处理Cookie的方法
Python的urllib库中提供了处理Cookie的模块，主要包含`http.cookiejar`（Python 3中的新模块，取代了Python 2中的`cookielib`）和`Cookielib`（适用于Python 2）。这些模块可以帮助我们读取和保存Cookie，以及将Cookie发送到服务器。

urllib中的`http.cookiejar`提供了一个`CookieJar`类用于保存Cookie，以及一个`load`和`save`方法分别用于加载和保存Cookie。这样爬虫可以在不同的会话之间持久化Cookie信息。

#### 2.2.2 CookieJar与Cookielib的使用
在实际应用中，我们可以使用`CookieJar`来管理服务器返回的Cookie。对于Python 3用户，应当使用`http.cookiejar`，而Python 2用户则使用`cookielib`。

以下是一个使用`http.cookiejar`保存和加载Cookie的简单示例：

import http.cookiejar, urllib.request, urllib.parse

# 创建一个CookieJar对象用于存储cookie
cookie_jar = http.cookiejar.CookieJar()

# 创建一个opener
opener = urllib.request.build_opener()

# 指定一个URL地址
url = "***"

# 发送请求并保存响应数据
data = urllib.parse.urlencode({"username": "user", "password": "pass"}).encode("utf-8")
response = opener.open(url, data)

# 将响应中的cookie保存到cookie_jar
cookie_jar.extract_cookies(response, request)

# 将cookie保存到本地文件
cookie_jar.save('cookies.txt')

# 当需要使用这些cookie时，从文件中加载
cookie_jar.load('cookies.txt')

### 2.3 会话持久化的重要性与实践

#### 2.3.1 会话持久化对爬虫的影响
会话持久化是指在多个HTTP请求之间保持特定的状态信息，特别是在涉及登录认证的场景下。它对于爬虫的影响是至关重要的，因为很多网站的交互都需要通过登录状态才能访问。有了会话持久化的支持，爬虫可以模拟浏览器的行为，维持登录状态，有效地获取受保护的页面内容。

#### 2.3.2 urllib中的Opener和Handler机制
urllib库中的`Opener`对象和`Handler`机制提供了处理HTTP请求和响应的方式。一个`Opener`可以看作是HTTP请求的发起者，而`Handler`则定义了请求和响应的处理规则。在urllib中，有多种不同类型的`Handler`，比如`ProxyHandler`、`HTTPCookieProcessor`等，可以根据需要被加入到`Opener`中。

以下是如何使用`HTTPCookieProcessor`来实现Cookie持久化的示例代码：

import http.cookiejar, urllib.request

# 创建一个cookie jar实例，用于管理cookie
cookie_jar = http.cookiejar.CookieJar()

# 创建一个handler实例，用于处理cookie
cookie_handler = urllib.request.HTTPCookieProcessor(cookie_jar)

# 创建一个opener，用于发送请求
opener = urllib.request.build_opener(cookie_handler)

# 发送请求
response = opener.open("***")

# 输出响应内容
print(response.read().decode('utf-8'))

# 使用cookie jar中的cookie发送请求
response = opener.open("***")
print(response.read().decode('utf-8'))

通过上述代码，爬虫会自动使用`cookie_jar`中存储的cookie来处理需要登录的请求，实现了会话的持久化。

### 2.3 会话持久化的重要性与实践

#### 2.3.1 会话持久化对爬虫的影响
会话持久化指的是在多个HTTP请求之间保持特定的状态信息，这对于爬虫而言至关重要，尤其是在需要处理登录认证、保持会话状态的场景下。例如，许多社交媒体网站和在线服务要求用户登录后才能访问其全部功能。在这种情况下，爬虫如果无法保持会话状态，将无法访问登录后才能浏览的页面。因此，会话持久化能够帮助爬虫维持登录状态，提高爬取效率。

#### 2.3.2 urllib中的Opener和Handler机制
在urllib库中，`Opener`和`Handler`是处理HTTP请求和响应的关键。`Opener`是发起HTTP请求的对象，而`Handler`定义了请求和响应如何被处理。`urllib.request`模块提供了一系列的`Handler`类，例如`HTTPBasicAuthHandler`、`ProxyHandler`和`HTTPCookieProcessor`等，允许你定制化HTTP请求的行为。

`HTTPCookieProcessor`类用于处理cookie，它能够从服务器的响应中提取cookie，并在后续的请求中发送这些cookie。这样，当爬虫需要通过认证才能访问某些内容时，通过`HTTPCookieProcessor`能够维持登录状态，实现会话的持久化。

下面展示一个简单的会话持久化实现，其中使用了`HTTPCookieProcessor`和`build_opener`方法：

import http.cookiejar, urllib.request

# 创建一个CookieJar实例来存储cookie
cookie_jar = http.cookiejar.CookieJar()

# 创建一个HTTPCookieProcessor实例，传入cookie_jar
cookie_handler = urllib.request.HTTPCookieProcessor(cookie_jar)

# 使用cookie_handler构建一个opener
opener = urllib.request.build_opener(cookie_handler)

# 打开一个需要登录的网页
response = opener.open("***")

# 登录成功后，该网页会包含一些特定的cookie，这些cookie被保存在cookie_jar中
# 如果网站有重定向，opener会自动处理这些重定向

# 接下来，使用同一个opener来打开需要登录后才能访问的网页
response = opener.open("***")

# 这时，由于opener已经包含了之前保存的cookie，我们就能成功访问到受保护的页面内容

这段代码通过使用`HTTPCookieProcessor`创建了一个能够处理cookie的`opener`，从而实现会话的持久化。这样，爬虫在发送请求时，能够自动使用之前保存的cookie，维持登录状态，有效爬取受保护的页面内容。

# 3. urllib与Cookie处理实战

## 3.1 创建与发送Cookie

### 3.1.1 利用urllib的Cookielib库管理Cookie

Cookie通常由服务器在用户访问网站时创建，并保存在用户的计算机上。其主要目的是维持网站与用户之间的一致性会话，比如登录状态、购物车内容等。在Python爬虫开发中，合理地处理Cookie对于模拟用户行为和绕过反爬虫机制至关重要。

Cookielib是Python标准库的一部分，提供了一个CookieJar类用于管理Cookie。CookieJar对象可以存储多个Cookie，且自动管理Cookie的生命周期和域、路径等属性。

下面是一个使用Cookielib创建和发送Cookie的简单示例：

import urllib.request
from http.cookiejar import CookieJar

# 创建一个CookieJar对象
cookie_jar = CookieJar()

# 创建一个opener
opener = urllib.request.build_opener(urllib.request.HTTPCookieProcessor(cookie_jar))

# 发送请求并设置Cookie
url = '***'
req = urllib.request.Request(url)
# 设置一个Cookie，键为name，值为value
cookie = urllib.request.cookie.SimpleCookie()
cookie['name'] = 'value'
cookie_jar.set_cookie(cookie['name'])

response = opener.open(req)
data = response.read().decode('utf-8')
print(data)

在上述代码中，我们首先创建了一个`CookieJar`对象用于存储Cookie，然后创建了一个`HTTPCookieProcessor`对象，并将其用作`opener`的一部分。通过向`SimpleCookie`对象添加Cookie并设置到`CookieJar`中，我们在请求发送时附带了这个Cookie。

### 3.1.2 编写Cookie处理器示例

构建一个自定义的Cookie处理器，可以帮助我们更灵活地控制Cookie的存储和发送。以下是一个简单的示例，展示如何编写一个继承自`urllib.request.HTTPCookieProcessor`的自定义Cookie处理器：

import urllib.request
from http.cookiejar import MozillaCookieJar

class CustomCookieProcessor(urllib.request.HTTPCookieProcessor):
    def __init__(self, cookiefile=None):
        self.cookiejar = self.load_cookies(cookiefile)

    def load_cookies(self, cookiefile):
        # 如果提供了文件名，则从文件加载Cookie
        if cookiefile is not None:
            cj = MozillaCookieJar(cookiefile)
            cj.load()
            return cj
        else:
            return None

    def save_cookies(self, cookiefile):
        # 保存当前Cookie到指定文件
        if self.cookiejar is not None:
            self.cookiejar.save()
        else:
            print("No cookies to save")

# 使用自定义的Cookie处理器
cookie_file = 'cookies.txt'
processor = CustomCookieProcessor(cookie_file)
opener = urllib.request.build_opener(processor)

# 发送请求
req = urllib.request.Request('***')
response =