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分布式爬虫是一种利用多台机器协同工作的网络爬虫系统，旨在提升爬取效率、扩展性和容错能力。
一、架构设计
1、主从架构：主节点负责任务调度与状态管理，从节点执行爬取任务。优势在于集中控制，但存在单点故障风险，可通过主节点冗余解决。
2、对等架构（P2P）：节点间自主协调任务，如使用分布式哈希表（DHT）分配URL。系统更健壮，但协调逻辑复杂。
二、任务分配与调度
1、消息队列：使用RabbitMQ、Kafka或Redis队列分发URL，确保任务均衡分配。
2、去重机制：分布式布隆过滤器（如RedisBloom）或基于Redis的集合实现全局去重，避免重复爬取。
三、数据存储
1、分布式存储：HDFS适合大规模数据存储；MongoDB、Cassandra处理非结构化数。Elasticsearch支持快速检索。
2、增量存储：记录爬取状态（如URL、时间戳），便于断点续爬。
四、通信与协调
1、RPC/HTTP通信：gRPC或REST API实现节点间状态同步。
2、协调服务：Zookeeper或etcd管理节点注册、心跳检测与任务锁。
五、容错与恢复
1、心跳检测：监控节点存活状态，故障节点任务重新入队。
2、重试机制：异常URL自动重试，设置最大重试次数以防死循环。
六、反反爬虫策略
1、IP代理池：轮换使用代理IP（如Scrapy-ProxyPool），分布式管理IP可用性。
2、请求速率控制：随机化请求间隔，模拟用户行为，避免触发反爬规则。
3、User-Agent/Cookie管理：动态生成请求头，分布式存储会话信息。
七、资源弹性管理
1、云平台集成：AWS Auto Scaling、Kubernetes自动扩缩容，根据负载动态调整节点数量。
2、资源隔离：Docker容器化部署，确保任务互不干扰。
八、法律与合规
1、遵守robots.txt：解析并尊重目标网站的爬取规则。
2、隐私保护：避免抓取敏感信息，合规处理用户数据。
九、监控与日志
- 监控系统：Prometheus收集指标（请求速率、错误率），Grafana可视化仪表盘。
- 集中日志：ELK栈（Elasticsearch+Logstash+Kibana）聚合日志，便于故障排查。
十、工具与框架
1、爬虫框架：Scrapy-Redis（基于Redis的分布式Scrapy）、Apache Nutch（支持Hadoop）。
2、任务调度：Celery结合消息队列，或Apache Airflow编排复杂任务流。
3、大数据集成：爬取数据接入Spark/Flink实时处理，或导入Hive离线分析。
典型工作流程
- URL种子注入：初始URL提交至任务队列。
- 任务分发：主节点或消息队列分配URL至空闲节点。
- 爬取与解析：节点下载页面，提取数据及新URL，提交新任务。
- 数据存储：清洗后的数据存入分布式数据库或文件系统。
- 状态更新：标记已爬URL，更新任务队列。
- 容错处理：故障任务重新分配，异常日志记录。
挑战与优化
- 动态内容：集成Selenium/Headless Chrome处理JavaScript渲染，使用分布式浏览器池（如Selenium Grid）。
- 去重效率：结合内存缓存（本地布隆过滤器）与分布式存储，平衡性能与准确性。
- 地理分布式部署：跨区域部署节点，降低延迟，规避地域封锁。
通过上述设计，分布式爬虫可实现高效、稳定的数据采集，适应从百万到数十亿级页面的爬取需求，同时确保系统的可维护性和合规性。