Python 如何爬取实时变化的 WebSocket 数据

作为一名爬虫工程师，在工作中常常会遇到爬取实时数据的需求，比如体育赛事实时数据、股市实时数据或币圈实时变化的数据。如下图：

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Web 领域中，用于实现数据'实时'更新的手段有轮询和 WebSocket 这两种。轮询指的是客户端按照一定时间间隔（如 1 秒）访问服务端接口，从而达到 '实时' 的效果，虽然看起来数据像是实时更新的，但实际上它有一定的时间间隔，并不是真正的实时更新。轮询通常采用 拉 模式，由客户端主动从服务端拉取数据。

WebSocket 采用的是 推 模式，由服务端主动将数据推送给客户端，这种方式是真正的实时更新。

二、什么是 WebSocket

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。它使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

WebSocket 优点

• 较少的控制开销：只需要进行一次握手，携带一次请求头信息即可，后续只传输数据即可，相比 HTTP 每次请求都携带请求头，WebSocket 非常省资源。
• 更强的实时性：由于服务器可以主动推送消息，这使得延迟变得可以忽略不计，相比 HTTP 轮询的时间间隔，WebSocket 可以在相同的时间内进行多次传输。
• 二进制支持：WebSocket 支持二进制帧，这意味着传输更节省。
• ……

爬虫面对 HTTP 和 WebSocket

Python 中的网络请求库非常多，Requests 是最常用的请求库之一，它可以模拟发送网络请求。但是这些请求都是基于 HTTP 协议的。在面对 WebSocket 的时候 Requests 就发挥不料作用了，必须使用能够连接 WebSocket 的库。

三、爬取思路

这里以莱特币官网 http://www.laiteb.com/ 实时数据为例。WebSocket 的握手只发生一次，所以如果需要通过浏览器开发者工具观察网络请求，则需要在打开页面的情况下，打开浏览器开发者工具，定位到 NewWork 选项卡，并输入或刷新当前页面，才能观察到 WebSocket 的握手请求和数据传输情况。这里以 Chrome 浏览器为例:

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在开发者工具中提供了筛选功能，其中 WS 选项代表只显示 WebSocket 连接的网络请求。

这时候可以看到请求记录列表中有一条名为 realTime 的记录，鼠标左键点击它后，开发者工具会分为左右两栏，右侧列出本条请求记录的详细信息：

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与 HTTP 请求不同的是，WebSocket 连接地址以 ws 或 wss 开头。连接成功的状态码不是 200，而是 101。

Headers 标签页记录的是 Request 和 Response 信息，而 Frames 标签页中记录的则是双方互传的数据，也是我们需要爬取的数据内容：

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Frames 图中绿色箭头向上的数据是客户端发送给服务端的数据，橙色箭头向下的数据是服务端推送给客户端的数据。

从数据顺序中可以看到，客户端先发送：
{"action":"subscribe","args":["QuoteBin5m:14"]}

然后服务端才会推送信息(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，从发起握手到获得数据的整个流程为：

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那么，现在问题来了：

• 握手怎么弄？
• 连接保持怎么弄？
• 消息发送和接收怎么弄？
• 有什么库可以轻松实现吗？

四、aiowebsocket

Python 库中用于连接 WebSocket 的有很多，但是易用、稳定的有 websocket-client(非异步)、websockets(异步)、aiowebsocket（异步）。

可以根据项目需求选择三者之一，今天介绍的是异步 WebSocket 连接客户端 aiowebsocket。其 Github 地址为： https://github.com/asyncins/aiowebsocket 。

ReadMe中介绍到：

AioWebSocket是一个遵循 WebSocket 规范的 异步 WebSocket 客户端，相对于其他库它更轻、更快。

它的安装和其他库一样简单，使用 pip install aiowebsocket 即可。安装好后，我们可以根据 ReadMe 中提供的示例代码来测试：

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.')

运行后的结果输出为：

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 表示客户端向服务端发送的消息

recive 表示服务端向客户端推送的消息

五、编码获取数据

回到这一次的爬取需求，目标网站是莱特币官网：

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从刚才的网络请求记录中，我们得知目标网站的 WebSocket 地址为： wss://api.bbxapp.vip/v1/ifcontract/realTime ,从地址中可以看出目标网站使用的是 wss，也就是 ws 的安全版，它们的关系跟 HTTP/HTTPS 一样。aiowebsocket 会自动处理并识别 ssl，所以我们并不需要作额外的操作，只需要将目标地址赋值给连接 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.')

运行代码后观察输出，你会发现什么都没有发生。既没有内容输出，也没有断开连接，程序一直在运行，但是什么都没有：

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这是为什么呢？

是对方不接受我方的请求吗？

还是有什么反爬虫限制呢？

实际上，刚才的流程图可以解释这个问题：

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整个流程中有一步是需要客户端给服务端发送指定的消息，服务端验证后才会不停推送数据。所以，应该在消息读取前、握手连接后加上消息发送的代码：

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
        # 客户端给服务端发送消息
        await converse.send('{"action":"subscribe","args":["QuoteBin5m:14"]}')
        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.')

保存后运行，就会看到数据源源不断的推送过来：

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到这里，爬虫就能够获取到想要的数据了。

aiowebsocket 做了什么

代码不长，使用的时候只需要将目标网站 WebSocket 地址填入，然后按照流程发送数据即可，那么 aiowebsocket 在这个过程中做了什么呢？

• 首先，aiowebsocket 根据 WebSocket 地址，向指定的服务端发送握手请求，并校验握手结果。
• 然后，在确认握手成功后，将数据发送给服务端。
• 整个过程中为了保持连接不断开，aiowebsocket 会自动与服务端响应 ping pong。
• 最后，aiowebsocket 读取服务端推送的消息

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