面试题：网络编程中libevent实现网络爬虫优化之深度

Question

假设爬虫需要处理多种复杂协议（如HTTP/2、WebSocket等），且要保证高效稳定的运行，结合libevent框架，说明如何设计一个可扩展性强的网络爬虫架构，同时阐述在这个架构中如何处理不同协议之间的切换和协同工作。

Answer 1

基于libevent框架的网络爬虫架构设计

1. 事件驱动核心：利用libevent的事件驱动机制作为整个爬虫架构的核心。创建一个libevent的event_base对象，它负责管理所有的事件监听和分发。

struct event_base *base = event_base_new();

2. 协议处理模块：
   • HTTP/2模块：使用诸如nghttp2库来实现HTTP/2协议的解析和处理。在libevent中为HTTP/2连接创建对应的evhttp对象（或自定义基于libevent的HTTP/2连接处理逻辑），将HTTP/2相关的事件（如连接建立、数据接收等）注册到event_base中。
   • WebSocket模块：借助libwebsockets等库来实现WebSocket协议。同样，为WebSocket连接创建相应的事件处理逻辑，并注册到event_base。例如，当有新的WebSocket连接请求时，创建一个新的WebSocket事件，在事件回调函数中处理握手、数据收发等操作。
3. 任务调度模块：
   • 设计一个任务队列，用于存储待爬取的URL及其对应的协议类型。当爬虫启动时，从任务队列中取出任务，并根据协议类型分发给相应的协议处理模块。
   • 可以使用优先级队列来优先处理重要或紧急的任务。例如，对于某些时效性强的网站内容，设置较高的优先级。
4. 连接管理模块：
   • 维护一个连接池，对于相同协议和主机的连接进行复用，以减少连接建立的开销。例如，对于HTTP/2连接，可以使用连接池来管理多个到同一服务器的连接。
   • 当某个连接长时间未使用时，将其从连接池中移除，以释放资源。同时，当连接池中的连接数量不足时，根据需要创建新的连接。

不同协议之间的切换和协同工作

1. 协议切换：
   • 在任务调度模块中，根据URL的协议头（如http://或ws://）来确定要使用的协议处理模块。当任务从任务队列中取出时，判断协议类型并将其分发给相应的处理模块。
   • 如果在处理过程中需要切换协议，例如从HTTP获取的页面中包含WebSocket连接的信息，爬虫需要暂停当前HTTP任务，创建新的WebSocket任务，并将其加入任务队列。
2. 协同工作：
   • 不同协议处理模块之间通过共享数据结构来进行信息交互。例如，HTTP模块在爬取网页时提取到的链接信息（可能包含不同协议的链接），可以共享给任务调度模块，任务调度模块再根据协议类型将新的任务分发给相应的协议处理模块。
   • 可以使用信号量或互斥锁来保证共享数据结构的线程安全。例如，当多个协议处理模块同时访问任务队列时，使用互斥锁来防止数据竞争。
3. 错误处理和恢复：
   • 当某个协议处理模块发生错误（如HTTP请求失败或WebSocket连接异常断开）时，将错误信息反馈给任务调度模块。任务调度模块可以根据错误类型决定是否重试该任务，以及是否需要切换到其他协议处理方式。
   • 例如，如果HTTP请求因为网络问题失败，可以设置一定的重试次数，在重试失败后，可以尝试通过其他途径（如通过WebSocket获取数据，如果网站支持）来获取所需信息。