Java IO流和网络的简单应用--图片爬虫
Java IO流和网络的简单应用
最近看到了 URL 类的用法，简单的做了一个Java 版的爬虫。发现还挺有趣的，就拿出来分享一下。通过关键字爬取百度图片，这个和我们使用搜索引擎搜索百度图片是一样的，只是通过爬虫可以学习技术的使用。（这个程序只是用来学习使用的，没有其它用途！）
Java IO 流和 URL 类
Java IO流
Java 的 IO 流是实现输入/输出的基础，它可以方便的实现数据的输入/输出操作，在 Java 中把不同的输入/输出源（键盘、文件、网络连接等)抽象表述为”流“（Stream），通过流的方法运行Java 程序使用相同的方式来访问不同的输入/输出源。
因为 IO流 已经对各种输入输出源做了一个抽象处理，所以我们可以使用相对一致的代码处理各种的源，只需要把它们作为输入输出流来进行处理就行了，这就是面向抽象的好处。
URL 类
URI 和 URL
先来了解一下什么是 URL 吧，说 URL 之前先简单了解URI。
**URI，统一资源标识符（Uniform Resource Identifier）**是采用一种特定语法标识一个资源的字符串。所标识的资源可能是服务器上的一个文件或者其它任何内容。URI 的语法是由一个模式和一个模式特定部分组成，模式和模式特定部分用一个冒号分隔，如下所示：
模式:模式特定部分
URI 中的模式特定部分没有特定的语法，很多都采用一种层次结构形式，如：
//authority/path?query
**URL，统一资源定位符（Uniform Resource Location）**是URI的一个子集，它除了标识一个资源外 ，还会为资源提供一个特定的网络位置，客户端可以用它来获取这个资源的一个表示。
注意：URL和URI并不是完全相同的，通用的URI可以告诉你一个资源是什么，但是无法告诉你它在哪里，以及如何得到这个资源。
在Java中，这二者都有相应的实现，java.net.URI 类（只标识资源）与 java.net.URL 类（既能标识资源，又能获取资源）
URL 中的网络位置通常包括用来访问服务器的协议（FTP、HTTP等）、服务器的主机名或IP地址，以及文件在该服务器上的路径。典型的 URL 类似于 https://www.baidu.com/。它表示百度服务器上的一个 html 文件（百度搜索的首页），它可以通过 HTTP 协议访问虽然没有直接在 URL 后面加上 html 文件的名字。如果使用 tomcat 的话，通常是 http://127.0.0.1:8080/foods/index.html 这种形式，其实二者是相同的。
好了，简单的了解就到此为止了，感兴趣的话，可以查阅相关书籍了解更详细的知识，上面只是提到一些基础的概念。
URL类
java.net.URL类是对统一资源定位符的抽象表示。它不依赖于继承来配置不同类型的URL的实例，而使用了策略设计模式。协议处理器就是策略，URL 类构成上下文，通过它来选择不同的策略。（值得一提的是：
java 的 IO流也是使用了一种设计模式：装饰器模式。例如如下代码：DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File())))。
URL 类包含很多的构造方法，我也只是第一次使用，就使用了最简单的一种形式：（刚开始学习，根本不需要了解这么多，先用着再说，慢慢掌握知识。）
public URL(String url) throws MalformedURLException
Java 爬虫
Talk is cheap, show me the code!
前面主要是一下简单的基础知识，如果已经了解可以直接看下面这部分。
项目的基本结构：
Client
package dragon;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
public class Client {
public static final String downloadFilePath = "D:\\DragonDataFile\\cat";
public static void main(String[] args) throws IOException {
//初始化创建文件下载目录
File dir = new File(Client.downloadFilePath);
if (!dir.exists()) {
dir.mkdirs();
}
//启动下载窗口
new Window("龙");
}
}
DataProcessUtil
package dragon;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;
import java.util.stream.Collectors;
public class DataProcessUtil {
//根据链接获取 html 文件数据。
public static String getData(String link) throws IOException {
URL url = new URL(link);
URLConnection connection = url.openConnection();
StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
try (
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(connection.getInputStream())){
int hasRead = 0;
byte[] b = new byte[1024];
while ((hasRead = bis.read(b)) != -1) {
strBuilder.append(new String(b, 0, hasRead));
}
}
return strBuilder.toString();
}
public static List<String> getLinkList(String str){
String regx = "\"objURL\":\"(.*?)\",";
Pattern p = Pattern.compile(regx);
Matcher m = p.matcher(str);
List<String> strs = new LinkedList<>();
while (m.find()) {
strs.add(m.group(0));
}
//使用 Stream API 进行处理并返回。
return strs.stream()
.map(s->s.substring(10, s.length()-2))
.collect(Collectors.toList());
}
}
说明：
获取html页面的信息，并进行处理，使用正则表达式从html中提取图片的链接。
（正则表达式是参考其它人的实现，这个涉及到对html内容的分析）
String regx = "\"objURL\":\"(.*?)\",";
//使用 Stream API 进行处理并返回。
return strs.stream()
.map(s->s.substring(10, s.length()-2))
.collect(Collectors.toList());
使用Java 8新增加的 Stream 对数据进行遍历，提取所有的图片的 URL 组成一个列表集合返回。
DownLoadUtil
package dragon;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.Random;
public class DownLoadUtil {
public static void downLoad(List<String> strs) {
strs.stream().forEach(u->{
try {
URL url = new URL(u);
String contentType = url.openConnection().getContentType();
if (contentType != null && contentType.contains("image/")) {
//获取图片的类型：content type
String filetype = null;
if (contentType.contains("jpeg")) {
filetype = ".jpeg";
} else if (contentType.contains("jpg")) {
filetype = ".jpg";
} else{
filetype = ".png";
} //gif 格式图片，似乎无法正常显示
//使用当前日期的毫秒数+随机数+contentType 作为文件名
Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
String filename = new Date().getTime()+rand.nextInt(10000)+filetype;
Runnable r = ()->{
int flag = 0;
File imageFile = new File(Client.downloadFilePath, filename);
try(
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(url.openConnection().getInputStream());
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(imageFile))){
int hasRead = 0;
byte[] b = new byte[1024];
while ((hasRead = bis.read(b)) != -1) {
bos.write(b, 0, hasRead);
}
} catch (IOException e) {
System.out.println("下载失败！");
//对于下载失败的图片进行删除，不然会出现错误！图片只能正常现实一部分
if (imageFile.exists()) {
boolean b = imageFile.delete();
System.out.println("下载失败，删除图片"+b);
}
flag = 1;
e.printStackTrace();
}
if (flag == 0)
System.out.println("下载完成："+filename);
};
Thread t = new Thread(r);
t.start(); //启动下载线程。
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("链接错误！");
}
});
}
}
**注意：这里遇到一个问题，就是图片的下载过程受到网络因素的影响，有时候会下载失败，但是如果图片已经开始下载，仍然提示下载失败，那么这张图片可以能会出现异常，比如出现一下奇怪的颜色，我对下载失败的图片，进行了处理，发现，似乎没有效果。所以我代码中处理下载失败图片的部分，可能不起效果。或许，可以通过获取资源文件的大小和下载后文件的大小进行比对，如果不相等就删除，感兴趣的可以试试。 **
单纯的判断大小无法解决图片变形的问题，还有一种情况需要考虑！在最下面，会有详细说明解决方法。
Window
package dragon;
import java.awt.FlowLayout;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
import javax.swing.Box;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JOptionPane;
import javax.swing.JTextField;
public class Window extends JFrame{
/**
* 自动生成的序列化版本号
*/
private static final long serialVersionUID = 7809323808831342296L;
private JLabel label_keyWord, label_Page;
private JTextField textField, textPage;
private JButton download;
public Window(String name) {
super(name);
this.init();
//设置布局
this.setLayout(new FlowLayout());
this.setBounds(400, 400, 250, 150);
this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
this.setVisible(true);
}
private void init() {
label_keyWord = new JLabel("关键字");
label_Page = new JLabel("页数");
textField = new JTextField(10);
textPage = new JTextField(10);
download = new JButton("下载");
download.addActionListener(e->{
String keyWord = textField.getText().trim();
String page = textPage.getText().trim();
int download_page = 0;
if (keyWord.length() == 0 || page.length() == 0) {
JOptionPane.showMessageDialog(null, "关键字或页数不能为空！", "警告", JOptionPane.WARNING_MESSAGE);
return ;
}
try {
download_page = Integer.parseInt(page); //匹配单个数字，如果数字很多使用正则表达式
} catch (NumberFormatException exp) {
JOptionPane.showMessageDialog(null, "页数必须为数字！", "警告", JOptionPane.WARNING_MESSAGE);
return ;
}
String link = null;
for (int i = 1; i <= download_page; i++) {
//分页下载图片！
link = "http://image.baidu.com/search/flip?tn=baiduimage&ie=utf-8&word="+keyWord+"&pn="+i*20;
this.download(link);
}
});
Box boxH1 = Box.createHorizontalBox();
boxH1.add(label_keyWord);
boxH1.add(Box.createHorizontalStrut(10));
boxH1.add(textField);
Box boxH2 = Box.createHorizontalBox();
boxH2.add(label_Page);
boxH2.add(Box.createHorizontalStrut(23));
boxH2.add(textPage);
Box boxH3 = Box.createHorizontalBox();
boxH3.add(download);
Box boxV = Box.createVerticalBox();
boxV.add(boxH1);
boxV.add(Box.createVerticalStrut(10));
boxV.add(boxH2);
boxV.add(Box.createVerticalStrut(10));
boxV.add(boxH3);
this.add(boxV);
}
private void download(String link) {
try {
String str = DataProcessUtil.getData(link);
List<String> links = DataProcessUtil.getLinkList(str);
//尝试下载！使用线程进行下载，防止阻塞！
Thread t = new Thread(()->{
DownLoadUtil.downLoad(links);
});
t.start();
} catch (IOException e1) {
e1.printStackTrace();
JOptionPane.showMessageDialog(null, "啥都没有！", "警告", JOptionPane.WARNING_MESSAGE);
}
}
}
说明：
当图片没有下载完成时，不要再次点击下载按钮，否则会报错。因为线程不能被再次启动。
运行结果
基本原理
我来简单画一个示意图，大家凑合着看：
说明：首先通过百度图片的URL来获取百度图片那个页面的信息（html的内容），我们平时在浏览器使用，看到的都是浏览器处理好的页面，如果使用爬虫爬取的就是原始的html页面，在浏览器按 F12 也可以看到。因为图片的链接都在html 中，所以我们需要取出这些图片，这里就用到了**正则表达式（Regular Expression）**的知识了，通过正则表达式可以取出需要的信息（资源的URL或者说资源的地址）。其实获取html的过程和获取图片的过程，都是一样的。
这里说一下，这个步骤：
//根据链接获取 html 文件数据。
public static String getData(String link) throws IOException {
URL url = new URL(link);
URLConnection connection = url.openConnection();
StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
try (
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(connection.getInputStream())){
int hasRead = 0;
byte[] b = new byte[1024];
while ((hasRead = bis.read(b)) != -1) {
strBuilder.append(new String(b, 0, hasRead));
}
}
return strBuilder.toString();
}
通过参数 link，创建一个 URL 对象，然后通过使用URLConnection connection = url.openConnection();获取 URLConnection 对象，在通过 URLConnection 对象的getInputStream() 方法，获取输入流即可。这样就完成了对资源的获取。我这里强调资源，因为下载图片其实和这个过程是一样的。
总结
这个小软件虽然功能很简单，但是也用到了很多知识点，比较适合初学者进行学习（Java IO流、网络、Stream、线程的知识），知识虽然用到的都不难（一些基础知识），但是融合起来使用，还是很有意思的。
附
对于图片的奇怪颜色问题，可以确定是图片的大小和原来图片的大小不一致导致的，至于为什么是这样的，估计需要具备一定的图形学知识，才能解答，这个超出了这个东西的范围了。所以为了判断哪些图片出错，我就使用大小判断的方法，对最后生成的文件大小和网络图片文件大小进行比对，删除了一些无法下载的图片，但是有一些图片居然无法删除，我查阅了资料，大多说它被另一个进程占用，但是我这个图片应该是没有的。后来，经过检查发现是多线程惹得祸，因为是多线程，并且代码执行速度太快了（对的，和这个也有关系），因为我的文件命名是当前时间的毫秒数+一个种子为当前时间的随机数，在多线程的情况下，重复的概率居然还挺高的。
所以，原因就出现了，当发现图片大小不对，试图删除图片时，图片被另一个线程占用，无法删除。（关于名字重复的问题，就是两个线程在同一个毫秒启动了，所以随机数也是相等的（种子相等），因此有些图片就会和其它图片写入同一个图片文件，导致出现异常情况。）
总结一下：
图片异常的情况有两种：
1.网络原因，导致图片无法完整下载，这是无法解决的，只能删除。
2.图片名字重复，导致多张图片数据被写入同一张图片当中，这是程序错误，可以避免的。
解决方法：
对于第一种情况，只需要把错误的图片删除即可；
对于第二种情况，要避免图片名字重复，所以我重新设计了图片的命名方法，
采用：当前时间的毫秒数+UUID随机数（查阅资料，这个挺好用的）作为文件的命名方式。注：UUID 也有一个缺点，就是名字太长了。
修改后的源文件：
package dragon;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
public class DownLoadUtil {
public static void downLoad(List<String> strs) {
strs.stream().forEach(u->{
try {
URL url = new URL(u);
URLConnection urlConnection = url.openConnection();
String contentType = urlConnection.getContentType();
//获取资源文件的大小
long size = urlConnection.getContentLengthLong();
if (contentType != null && contentType.contains("image/")) {
//获取图片的类型：content type
String filetype = null;
if (contentType.contains("jpeg")) {
filetype = ".jpeg";
} else if (contentType.contains("jpg")) {
filetype = ".jpg";
} else{
filetype = ".png";
} //gif 格式图片，似乎无法正常显示
//使用当前时间戳+随机数+contentType 作为文件名
String filename = System.currentTimeMillis()+UUID.randomUUID().toString()+filetype;
//使用线程进行下载
Runnable r = ()->{
File imageFile = new File(Client.downloadFilePath, filename);
try(
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream());
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(imageFile))){
int hasRead = 0;
byte[] b = new byte[1024];
while ((hasRead = bis.read(b)) != -1) {
bos.write(b, 0, hasRead);
}
} catch (IOException e) {
System.out.println("下载失败！");
e.printStackTrace();
}
//对下载失败的图片进行删除。
if (imageFile.length() != size) {
boolean result = imageFile.delete();
System.out.println(imageFile.length()+" "+size+" "+filename+" 删除结果："+result);
//大小不符合，说明图片下载有问题，删除图片。
} else {
System.out.println("下载完成："+filename);
}
};
Thread t = new Thread(r);
t.start(); //启动下载线程。
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("链接错误！");
}
});
}
}
运行截图
这样网络原因错误的图片直接删除，代码原因的错误，已经改正了。
注：还有一些图片无法显示，这个可能是官方不允许我们进行爬取，有的图片，爬取的就是不允许爬取那种图片，还有一些图片，不支持格式（这个原因，我 也不太明白，希望明白的人，可以指出来为什么）。