scrapy提供了两种中间件，下载中间件（Downloader Middleware）和Spider中间件（Spider Middleware）

下载中间件

下载中间件是scrapy提供用于用于在爬虫过程中可修改Request和Response，用于扩展scrapy的功能；比如：

1. 可以在请求被Download之前，请求头部加上某些信息；
2. 完成请求之后，回包需要解压等处理；

如何激活下载中间：

在配置文件settings.py中的DOWNLOADER_MIDDLEWARES中配置键值对，键为要打开的中间件，值为数字，代表优先级，值越低，优先级越高。
scrapy还有一个内部自带的下载中间件配置DOWNLOADER_MIDDLEWARES_BASE（不可覆盖）。scrapy在启用是会结合DOWNLOADER_MIDDLEWARES_BASE和DOWNLOADER_MIDDLEWARES，若要取消scrapy默认打开的中间，可在DOWNLOADER_MIDDLEWARES将该中间的值置为0。

DOWNLOADER_MIDDLEWARES_BASE = 
{
    'scrapy.downloadermiddlewares.robotstxt.RobotsTxtMiddleware': 100,
    'scrapy.downloadermiddlewares.httpauth.HttpAuthMiddleware': 300,
    'scrapy.downloadermiddlewares.downloadtimeout.DownloadTimeoutMiddleware': 350,
    'scrapy.downloadermiddlewares.defaultheaders.DefaultHeadersMiddleware': 400,
    'scrapy.downloadermiddlewares.useragent.UserAgentMiddleware': 500,
    'scrapy.downloadermiddlewares.retry.RetryMiddleware': 550,
    'scrapy.downloadermiddlewares.ajaxcrawl.AjaxCrawlMiddleware': 560,
    'scrapy.downloadermiddlewares.redirect.MetaRefreshMiddleware': 580,
    'scrapy.downloadermiddlewares.httpcompression.HttpCompressionMiddleware': 590,
    'scrapy.downloadermiddlewares.redirect.RedirectMiddleware': 600,
    'scrapy.downloadermiddlewares.cookies.CookiesMiddleware': 700,
    'scrapy.downloadermiddlewares.httpproxy.HttpProxyMiddleware': 750,
    'scrapy.downloadermiddlewares.stats.DownloaderStats': 850,
    'scrapy.downloadermiddlewares.httpcache.HttpCacheMiddleware': 900,
}

如何编写一个下载中间件

class Scrapy.downloadermiddleares.DownloaderMiddleware

process_request(request, spider)

当每个Request对象经过下载中间件时会被调用，优先级越高的中间件，越先调用；该方法应该返回以下对象：None/Response对象/Request对象/抛出IgnoreRequest异常；

1. 返回None：scrapy会继续执行其他中间件相应的方法；
2. 返回Response对象：scrapy不会再调用其他中间件的process_request方法，也不会去发起下载，而是直接返回该Response对象；
3. 返回Request对象：scrapy不会再调用其他中间件的process_request()方法，而是将其放置调度器待调度下载；
4. 抛出IgnoreRequest异常：已安装中间件的process_exception()会被调用，如果它们没有捕获该异常，则Request.errback会被调用；如果再没被处理，它会被忽略，且不会写进日志。

process_response(request, response, spider)

当每个Response经过下载中间件会被调用，优先级越高的中间件，越晚被调用，与process_request()相反；该方法返回以下对象：Response对象/Request对象/抛出IgnoreRequest异常。

1. 返回Response对象：scrapy会继续调用其他中间件的process_response方法；
2. 返回Request对象：停止中间器调用，将其放置到调度器待调度下载；
3. 抛出IgnoreRequest异常：Request.errback会被调用来处理函数，如果没有处理，它将会被忽略且不会写进日志。

process_exception(request, exception, spider)

当process_exception()和process_request()抛出异常时会被调用，应该返回以下对象：None/Response对象/Request对象；

1. 如果返回None：scrapy会继续调用其他中间件的process_exception()；
2. 如果返回Response对象：中间件链的process_response()开始启动，不会继续调用其他中间件的process_exception()；
3. 如果返回Request对象：停止中间器的process_exception()方法调用，将其放置到调度器待调度下载。

from_crawler(cls, crawler)

如果存在该函数，from_crawler会被调用使用crawler来创建中间器对象，必须返回一个中间器对象，通过这种方式，可以访问到crawler的所有核心部件，如settings、signals等。

scray提供的一些下载中间件

以下讲述的是一些常用的下载中间件，更多的下载中间件请查看文档和代码

HttpProxyMiddleware

scrapy.downloadermiddlewares.httpproxy.HttpProxyMiddleware

用以设置代理服务器，通过设定Request.meta['proxy']来设置代理，会从环境变量http_proxy、https_proxy、no_proxy依次获取；我们以http://httpbin.org/ip的返回来测试下：

#shell 命令
export http_proxy='http://193.112.216.55:1234'

# -*- coding: utf-8 -*-
import scrapy

class ProxySpider(scrapy.Spider):
    name = 'proxy'
    allowed_domains = ['httpbin.org']
    start_urls = ['http://httpbin.org/ip']

    def parse(self, response):
        print(response.text)

运行scrapy crawl proxy --nolog，获得以下结果：

{"origin":"111.231.115.150, 193.112.216.55"}

返回了我们设置的代理地址IP。

UserAgentMiddleware

scrapy.downloadermiddlewares.useragent.UserAgentMiddleware

通过配置项USER_AGENT设置用户代理；我们以http://httpbin.org/headers的返回来看看测试下：

settings.py
#...
#UserAgentMiddleware默认打开
USER_AGENT = 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_13_4) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/66.0.3359.181 Safari/537.36'
#...

# -*- coding: utf-8 -*-
import scrapy

class UserAgentSpider(scrapy.Spider):
    name = 'user_agent'
    allowed_domains = ['httpbin.org']
    start_urls = ['http://httpbin.org/headers']

    def parse(self, response):
        print(response.text)

运行scrapy crawl user_agent --nolog，获得以下结果：

{"headers":{"Accept":"text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8","Accept-Encoding":"gzip,deflate","Accept-Language":"en","Connection":"close","Host":"httpbin.org","User-Agent":"Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_13_4) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/66.0.3359.181 Safari/537.36"}}

返回了我们设置的用户代理。

使用随机用户代理与IP代理

某些网站会通过检测访问IP和User-agent来进行反爬虫，如果检测到来自同一IP的大量请求，会判断该IP正在进行爬虫，故而拒绝请求。有些网站也会检测User-Agent。我们可以使用多个代理IP和不同的User-Agent来对网站数据进行爬取，避免被封禁IP。
我们可以通过继承HttpProxyMiddleware和UserAgentMiddleware并修改来使得scrapy使用proxy和user-agent按我们的想法来运行。HttpProxyMiddleware和UserAgentMiddleware见httpproxy.py和useragent.py

代码如下：

#middlewares.py
# -*- coding: utf-8 -*-

# Define here the models for your spider middleware
#
# See documentation in:
# https://doc.scrapy.org/en/latest/topics/spider-middleware.html

from scrapy import signals
from scrapy.downloadermiddlewares.httpproxy import HttpProxyMiddleware
from scrapy.exceptions import NotConfigured
from collections import defaultdict
from urllib.parse import urlparse
from faker import Faker                 #引入Faker，pip install faker下载
import random

class RandomHttpProxyMiddleware(HttpProxyMiddleware):

    def __init__(self, auth_encoding='latin-1', proxy_list = None):
        if not proxy_list:
            raise NotConfigured
        self.proxies = defaultdict(list)
        for proxy in proxy_list:
            parse = urlparse(proxy)
            self.proxies[parse.scheme].append(proxy)        #生成dict，键为协议，值为代理ip列表

    @classmethod
    def from_crawler(cls, crawler):
        if not crawler.settings.get('HTTP_PROXY_LIST'):
            raise NotConfigured

        http_proxy_list = crawler.settings.get('HTTP_PROXY_LIST')   #从配置文件中读取
        auth_encoding = crawler.settings.get('HTTPPROXY_AUTH_ENCODING', 'latin-1')

        return cls(auth_encoding, http_proxy_list)

    def _set_proxy(self, request, scheme):
        proxy = random.choice(self.proxies[scheme])     #随机抽取选中协议的IP
        request.meta['proxy'] = proxy
        
class RandomUserAgentMiddleware(object):

    def __init__(self):
        self.faker = Faker(local='zh_CN')
        self.user_agent = ''

    @classmethod
    def from_crawler(cls, crawler):
        o = cls()
        crawler.signals.connect(o.spider_opened, signal=signals.spider_opened)
        return o

    def spider_opened(self, spider):
        self.user_agent = getattr(spider, 'user_agent',self.user_agent)

    def process_request(self, request, spider):
        self.user_agent = self.faker.user_agent()       #获得随机user_agent
        request.headers.setdefault(b'User-Agent', self.user_agent)

#settings.py
#...
DOWNLOADER_MIDDLEWARES = {
    'newproject.middlewares.RandomHttpProxyMiddleware': 543,
    'newproject.middlewares.RandomUserAgentMiddleware': 550,
    'scrapy.downloadermiddlewares.httpproxy.HttpProxyMiddleware':None,
    'scrapy.downloadermiddlewares.useragent.UserAgentMiddleware':None,
}
HTTP_PROXY_LIST = [
    'http://193.112.216.55:1234',
    'http://118.24.172.34:1234',
]
#...

#anything.py
# -*- coding: utf-8 -*-
import scrapy
import json
import pprint
class AnythingSpider(scrapy.Spider):
    name = 'anything'
    allowed_domains = ['httpbin.org']
    start_urls = ['http://httpbin.org/anything']

    def parse(self, response):
        ret = json.loads(response.text)
        pprint.pprint(ret)

上面引入了faker库，该库是用来伪造数据的库，十分方便。我们通过访问http://httpbin.org/anything来得到我们的请求内容；如下：

#scrapy crawl anything --nolog
{'args': {},
 'data': '',
 'files': {},
 'form': {},
 'headers': {'Accept': 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8',
             'Accept-Encoding': 'gzip,deflate',
             'Accept-Language': 'en',
             'Cache-Control': 'max-age=259200',
             'Connection': 'close',
             'Host': 'httpbin.org',
             'User-Agent': 'Opera/8.85.(Windows NT 5.2; sc-IT) Presto/2.9.177 '
                           'Version/10.00'},
 'json': None,
 'method': 'GET',
 'origin': '193.112.216.55',
 'url': 'http://httpbin.org/anything'}
 
 #scrapy crawl anything --nolog
 {'args': {},
 'data': '',
 'files': {},
 'form': {},
 'headers': {'Accept': 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8',
             'Accept-Encoding': 'gzip,deflate',
             'Accept-Language': 'en',
             'Cache-Control': 'max-age=259200',
             'Connection': 'close',
             'Host': 'httpbin.org',
             'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Macintosh; PPC Mac OS X 10_12_3) '
                           'AppleWebKit/5342 (KHTML, like Gecko) '
                           'Chrome/40.0.810.0 Safari/5342'},
 'json': None,
 'method': 'GET',
 'origin': '118.24.172.34',
 'url': 'http://httpbin.org/anything'}

可以看到，我们的spider通过下载中间件，不断的更改了IP和User-Agent。

总结

本篇讲述了什么是下载中间件以及如何自定义和启用下载中间件，最后实践了自定义下载中间件。后面将会学习另一个中间件：Spider中间件。