Python3网络爬虫实战18Session和Cookies

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在浏览网站的过程中我们经常会遇到需要登录的情况，有些页面只有登录之后我们才可以访问，而且登录之后可以连续访问很多次网站，但是有时候过一段时间就会需要重新登录。还有一些网站有时在我们打开浏览器的时候就自动登录了，而且很长的时间都不会失效，这种情况又是为什么？其实这里面涉及到 Session 和 Cookies 的相关知识，本节我们就来揭开它们的神秘面纱。

在开始之前我们需要先了解一下静态网页和动态网页的概念。
还是前文中的示例代码，内容如下：

<!DOCTYPE html>
<html>
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>This is a Demo</title>
    </head>
    <body>
        <div id="container">
            <div class="wrapper">
                <h2 class="title">Hello World</h2>
                <p class="text">Hello, this is a paragraph.</p>
            </div>
        </div>
    </body>
</html>

这是最基本的 HTML 代码，我们将其保存为一个 html 文件，然后把它放在某台具有固定公网 IP 的主机上，主机上装上 Apache 或 Nginx 等服务器，这样这台主机就可以作为服务器了，其他人便可以通过访问服务器看到这个页面了，这就搭建了一个最简单的网站。
这种网页的内容是 HTML 代码编写的，文字、图片等内容均是通过写好的 HTML 代码来指定的，这种页面叫做静态网页。
这种网页加载速度快，编写简单，但是存在很大的缺陷，如可维护性差，不能根据 URL 灵活多变地显示内容等，例如我们想要给这个网页的 URL 传入一个 name 参数，让其在网页中显示出来，是无法做到的。
所以动态网页应运而生，它可以动态解析 URL 中参数的变化，关联数据库并动态地呈现不同的页面内容，非常灵活多变，我们现在遇到的大多数网站都是动态网站，它们不再是一个简单的 HTML，而是可能由 JSP、PHP、Python 等语言编写的，功能相比静态网页强大和丰富太多太多。
动态网站还可以实现用户登录注册的功能，再回到开篇提到的问题，很多页面是需要登录之后才可以查看的，按照一般的逻辑来说，我们输入用户名密码登录之后，肯定是拿到了一种类似凭证的东西，有了它我们才能保持登录状态，才能访问登录之后才能看到的页面。
那么这种神秘的凭证到底是什么呢？其实它就是 Session 和 Cookies 共同产生的结果，下面我们来一探它们的究竟。

在了解 Session 和 Cookies 之前，我们还需要了解 HTTP 的一个特点，叫做无状态。
HTTP 的无状态是指 HTTP 协议对事务处理是没有记忆能力的，也就是说服务器不知道客户端是什么状态。当我们向服务器发送一个 Requset 后，服务器解析此 Request，然后返回对应的 Response，服务器负责完成这个过程，而且这个过程是完全独立的，服务器不会记录前后状态的变化，也就是缺少状态记录，这意味着如果后续需要处理需要前面的信息，则它必须要重传，这也导致了需要额外传递一些前面的重复 Request 才能获取后续 Response，然而这种效果显然不是我们想要的。为了保持前后状态，我们肯定不能将前面的请求全部重传一次，这太浪费资源了，对于这种需要用户登录的页面来说，更是棘手。
所以，这时候，两个用于保持 HTTP 连接状态的技术就出现了，它们分别是 Session 和 Cookies，Session 在服务端，也就是网站的服务器，用来保存用户的会话信息，Cookies 在客户端，也可以理解为浏览器端，有了 Cookies，浏览器在下次访问网页时会自动附带上它发送给服务器，服务器通过识别 Cookies 并鉴定出是哪个用户，然后再判断用户是否是登录状态，然后返回对应的 Response。
所以我们可以理解为 Cookies 里面保存了登录的凭证，有了它我们只需要在下次请求携带 Cookies 发送 Request 而不必重新输入用户名、密码等信息重新登录了。
因此在爬虫中，有时候处理需要登录才能访问的页面时，我们一般会直接将登录成功后获取的 Cookies 放在 Request Headers 里面直接请求，而不必重新模拟登录。
好，大体了解什么是 Session 和 Cookies 之后，我们来详细剖析一下它们的原理。

Session，即会话，其本来的含义是指有始有终的一系列动作 / 消息，比如打电话时从拿起电话拨号到挂断电话这中间的一系列过程可以称之为一个 Session。
而在 Web 中 Session 对象用来存储特定用户会话所需的属性及配置信息。这样，当用户在应用程序的 Web 页之间跳转时，存储在 Session 对象中的变量将不会丢失，而是在整个用户会话中一直存在下去。当用户请求来自应用程序的 Web 页时，如果该用户还没有会话，则 Web 服务器将自动创建一个 Session 对象。当会话过期或被放弃后，服务器将终止该会话。

Cookie，有时也用其复数形式 Cookies，指某些网站为了辨别用户身份、进行 Session 跟踪而储存在用户本地终端上的数据。

那么利用 Cookies 我们是怎样来保持状态的呢？当客户端第一次请求服务器时，服务器会返回一个 Headers 中带有 Set-Cookie 字段的 Response 给客户端，用来标记是哪一个用户，客户端浏览器会把 Cookies 保存起来。当浏览器下一次再请求该网站时，浏览器会把此 Cookies 放到 Request Headers 一起提交给服务器，Cookies 携带了 Session ID 信息，服务器检查该 Cookies 即可找到对应的 Session 是什么，然后再判断 Session 来以此来辨认用户状态。
所以我们在登录某个网站的时候，登录成功后服务器会告诉客户端设置哪些 Cookies 信息，在后续访问页面时客户端会把 Cookies 发送给服务器，服务器再找到对应的 Session 加以判断，如果 Session 中的某些设置登录状态的变量是有效的，那就证明用户是处于登录状态的，即可返回登录之后才可以查看的网页内容，浏览器进行解析便可以看到了。
反之，如果传给服务器的 Cookies 是无效的，或者 Session 已经过期了，我们将不能继续访问页面，可能会收到错误的 Response 或者跳转到登录页面重新登录。
所以 Cookies 和 Session 需要配合，一个处于客户端，一个处于服务端，二者共同协作，就实现了登录会话控制。

接下来我们来看看 Cookies 都有哪些内容，在这里以知乎为例，在浏览器开发者工具中打开 Application 选项卡，然后在左侧会有一个 Storage 部分，最后一项即为 Cookies，将其点开，可以看到类似如下内容，这些就是 Cookies，如图 2-14 所示：

图 2-14 Cookies 列表
我们可以看到 Cookies 有一个个条目，每个条目我们可以称之为 Cookie，取单数形式。它有这么几个属性：

Name，即该 Cookie 的名称。Cookie 一旦创建，名称便不可更改
Value，即该 Cookie 的值。如果值为 Unicode 字符，需要为字符编码。如果值为二进制数据，则需要使用 BASE64 编码
。Max Age，即该 Cookie 失效的时间，单位秒，也常和 Expires 一起使用，通过它可以计算出其有效时间。Max Age 如果为正数，则该 Cookie 在 Max Age 秒之后失效。如果为负数，则关闭浏览器时 Cookie 即失效，浏览器也不会以任何形式保存该 Cookie。 Path，即该 Cookie 的使用路径。如果设置为 /path/，则只有路径为 /path/ 的页面可以访问该 Cookie。如果设置为 /，则本域名下的所有页面都可以访问该 Cookie。
Domain，即可以访问该 Cookie 的域名。例如如果设置为 .zhihu.com，则所有以 zhihu.com，结尾的域名都可以访问该 Cookie。
Size 字段，即此 Cookie 的大小。
Http 字段，即 Cookie 的 httponly 属性。若此属性为 true，则只有在 HTTP Headers 中会带有此 Cookie 的信息，而不能通过 document.cookie 来访问此 Cookie。
Secure，即该 Cookie 是否仅被使用安全协议传输。安全协议。安全协议有 HTTPS，SSL 等，在网络上传输数据之前先将数据加密。默认为 false。以上便是 Cookies 的基本结构。

表面意思来说，会话 Cookie 就是把 Cookie 放在浏览器内存里，浏览器在关闭之后该 Cookie 即失效，持久 Cookie 则会保存到客户端的硬盘中，下次还可以继续使用，用于长久保持用户登录状态。
其实严格来说没有会话 Cookie 和持久 Cookie 之分，它只是由 Cookie 的 Max Age 或 Expires 字段决定了过期的时间，通过它浏览器可以计算出其有效时间。Max Age 如果为正数，则该 Cookie 在 Max Age 秒之后失效，如果 Max Age 特别大，那就会保存非常长的时间。如果为负数，则关闭浏览器时 Cookie 即失效，浏览器也不会以任何形式保存该 Cookie。
所以一些持久化登录的网站其实就是把 Cookie 的有效时间和 Session 有效期设置得比较长，下次我们再访问页面时仍然携带之前的 Cookies 就可以直接保持登录状态。

在谈论 Session 机制的时候，常常听到这样一种误解“只要关闭浏览器，Session 就消失了”，这种理解是错误的，可以想象一下会员卡的例子，除非顾客主动对店家提出销卡，否则店家绝对不会轻易删除顾客的资料。对 Session 来说也是一样的，除非程序通知服务器删除一个 Session，否则服务器会一直保留，比如程序一般都是在我们做注销操作的时候才去删除 Session。
但是当我们关闭浏览器时，浏览器不会主动在关闭之前通知服务器它将要关闭，所以服务器根本不会有机会知道浏览器已经关闭，之所以会有这种错觉，是大部分 Session 机制都使用会话 Cookie 来保存 Session ID 信息，而关闭浏览器后 Cookies 就消失了，再次连接服务器时也就无法找到原来的 Session。如果服务器设置的 Cookies 被保存到硬盘上，或者使用某种手段改写浏览器发出的 HTTP 请求头，把原来的 Cookies 发送给服务器，则再次打开浏览器仍然能够找到原来的 Session ID，依旧还是可以保持登录状态的。
而且恰恰是由于关闭浏览器不会导致 Session 被删除，这就需要服务器为 Seesion 设置一个失效时间，当距离客户端上一次使用 Session 的时间超过这个失效时间时，服务器就可以认为客户端已经停止了活动，才会把 Session 删除以节省存储空间。

由于涉及到一些专业名词知识，本节的部分内容参考来源如下：

Session 百度百科：https://baike.baidu.com/item/…
百度百科：https://baike.baidu.com/item/…
Cookie 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki…
Session 和几种状态保持方案理解：http://www.mamicode.com/info-…

本节介绍了 Session 和 Cookies 的基本知识，后面我们可能会需要爬取一些需要登录才可以访问的页面，这里就需要用到 Cookies 的相关知识，因此本节的内容同样需要好好掌握。

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1. 静态网页和动态网页

2. 无状态 HTTP

2. Session

3. Cookies

会话维持

属性结构

会话 Cookie、持久 Cookie

4. 常见误区

5. 参考资料

6. 结语

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