首发于NodeJS
结合项目来谈谈 Puppeteer

结合项目来谈谈 Puppeteer

Puppeteer 是 Chrome 开发团队在 2017 年发布的一个 Node.js 包,用来模拟 Chrome 浏览器的运行。我们团队从 Puppeteer 刚发布出来就开始成为忠实用户了(主要是因为 PhantomJs 坑太多了),本文主要在介绍 Puppeteer 的同时,结合我们平时的实践做一个分享。

学习 Puppeteer 之前我们先来了解一下 Chrome DevTool Protocol

什么是 Chrome DevTool Protocol

  • CDP 基于 WebSocket,利用 WebSocket 实现与浏览器内核的快速数据通道
  • CDP 分为多个域(DOM,Debugger,Network,Profiler,Console...),每个域中都定义了相关的命令和事件(Commands and Events)
  • 我们可以基于 CDP 封装一些工具对 Chrome 浏览器进行调试及分析,比如我们常用的 “Chrome 开发者工具” 就是基于 CDP 实现的
  • 如果你以 remote-debugging-port 参数启动 Chrome,那么就可以看到所有 Tab 页面的开发者调试前端页面,还会在同一端口上还提供了 http 服务,主要提供以下几个接口:
GET /json/version                     # 获取浏览器的一些元信息
GET /json or /json/list               # 当前浏览器上打开的一些页面信息
GET /json/protocol                    # 获取当前 CDP 的协议信息   
GET /json/new?{url}                   # 开启一共新的 Tab 页面
GET /json/activate/{targetId}         # 激活某个页面成为当前显示的页面
GET /json/close/{targetId}            # 关闭某个页面
GET /devtools/inspector.html          # 打开当前页面的开发者调试工具
WebSocket /devtools/page/{targetId}   # 获取某个页面的 websocket 地址

什么是 Headless Chrome

  • 在无界面的环境中运行 Chrome
  • 通过命令行或者程序语言操作 Chrome
  • 无需人的干预,运行更稳定
  • 在启动 Chrome 时添加参数 --headless,便可以 headless 模式启动 Chrome
alias chrome="/Applications/Google\ Chrome.app/Contents/MacOS/Google\ Chrome"  # Mac OS X 命令别名
chrome --headless --remote-debugging-port=9222 --disable-gpu                   # 开启远程调试
chrome --headless --disable-gpu --dump-dom https://www.baidu.com               # 获取页面 DOM
chrome --headless --disable-gpu --screenshot https://www.baidu.com             # 截图
  • chrome 启动时可以加一些什么参数,大家可以点击这里查看

Puppeteer 是什么

  • Puppeteer 是 Node.js 工具引擎
  • Puppeteer 提供了一系列 API,通过 Chrome DevTools Protocol 协议控制 Chromium/Chrome 浏览器的行为
  • Puppeteer 默认情况下是以 headless 启动 Chrome 的,也可以通过参数控制启动有界面的 Chrome
  • Puppeteer 默认绑定最新的 Chromium 版本,也可以自己设置不同版本的绑定
  • Puppeteer 让我们不需要了解太多的底层 CDP 协议实现与浏览器的通信

Puppeteer 能做什么

官方称:“Most things that you can do manually in the browser can be done using Puppeteer”,那么具体可以做些什么呢?

  • 网页截图或者生成 PDF
  • 爬取 SPA 或 SSR 网站
  • UI 自动化测试,模拟表单提交,键盘输入,点击等行为
  • 捕获网站的时间线,帮助诊断性能问题
  • 创建一个最新的自动化测试环境,使用最新的 js 和最新的 Chrome 浏览器运行测试用例
  • 测试 Chrome 扩展程序
  • ...

Puppeteer API 分层结构

Puppeteer 中的 API 分层结构基本和浏览器保持一致,下面对常使用到的几个类介绍一下:



  • Browser: 对应一个浏览器实例,一个 Browser 可以包含多个 BrowserContext
  • BrowserContext: 对应浏览器一个上下文会话,就像我们打开一个普通的 Chrome 之后又打开一个隐身模式的浏览器一样,BrowserContext 具有独立的 Session(cookie 和 cache 独立不共享),一个 BrowserContext 可以包含多个 Page
  • Page:表示一个 Tab 页面,通过 browserContext.newPage()/browser.newPage() 创建,browser.newPage() 创建页面时会使用默认的 BrowserContext,一个 Page 可以包含多个 Frame
  • Frame: 一个框架,每个页面有一个主框架(page.MainFrame()),也可以多个子框架,主要由 iframe 标签创建产生的
  • ExecutionContext: 是 javascript 的执行环境,每一个 Frame 都一个默认的 javascript 执行环境
  • ElementHandle: 对应 DOM 的一个元素节点,通过该该实例可以实现对元素的点击,填写表单等行为,我们可以通过选择器,xPath 等来获取对应的元素
  • JsHandle:对应 DOM 中的 javascript 对象,ElementHandle 继承于 JsHandle,由于我们无法直接操作 DOM 中对象,所以封装成 JsHandle 来实现相关功能
  • CDPSession:可以直接与原生的 CDP 进行通信,通过 session.send 函数直接发消息,通过 session.on 接收消息,可以实现 Puppeteer API 中没有涉及的功能
  • Coverage:获取 JavaScript 和 CSS 代码覆盖率
  • Tracing:抓取性能数据进行分析
  • Response: 页面收到的响应
  • Request: 页面发出的请求

如何创建一个 Browser 实例

puppeteer 提供了两种方法用于创建一个 Browser 实例:

  • puppeteer.connect: 连接一个已经存在的 Chrome 实例
  • puppeteer.launch: 每次都启动一个 Chrome 实例
const puppeteer = require('puppeteer');
let request = require('request-promise-native');

//使用 puppeteer.launch 启动 Chrome
(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch({
        headless: false,   //有浏览器界面启动
        slowMo: 100,       //放慢浏览器执行速度,方便测试观察
        args: [            //启动 Chrome 的参数,详见上文中的介绍
            '–no-sandbox',
            '--window-size=1280,960'
        ],
    });
    const page = await browser.newPage();
    await page.goto('https://www.baidu.com');
    await page.close();
    await browser.close();
})();

//使用 puppeteer.connect 连接一个已经存在的 Chrome 实例
(async () => {
    //通过 9222 端口的 http 接口获取对应的 websocketUrl
    let version = await request({
        uri:  "http://127.0.0.1:9222/json/version",
        json: true
    });
    //直接连接已经存在的 Chrome
    let browser = await puppeteer.connect({
        browserWSEndpoint: version.webSocketDebuggerUrl
    });
    const page = await browser.newPage();
    await page.goto('https://www.baidu.com');
    await page.close();
    await browser.disconnect();
})();

这两种方式的对比:

  • puppeteer.launch 每次都要重新启动一个 Chrome 进程,启动平均耗时 100 到 150 ms,性能欠佳
  • puppeteer.connect 可以实现对于同一个 Chrome 实例的共用,减少启动关闭浏览器的时间消耗
  • puppeteer.launch 启动时参数可以动态修改
  • 通过 puppeteer.connect 我们可以远程连接一个 Chrome 实例,部署在不同的机器上
  • puppeteer.connect 多个页面共用一个 chrome 实例,偶尔会出现 Page Crash 现象,需要进行并发控制,并定时重启 Chrome 实例

如何等待加载?

在实践中我们经常会遇到如何判断一个页面加载完成了,什么时机去截图,什么时机去点击某个按钮等问题,那我们到底如何去等待加载呢?

下面我们把等待加载的 API 分为三类进行介绍:

加载导航页面

  • page.goto:打开新页面
  • page.goBack :回退到上一个页面
  • page.goForward :前进到下一个页面
  • page.reload :重新加载页面
  • page.waitForNavigation:等待页面跳转

Pupeeteer 中的基本上所有的操作都是异步的,以上几个 API 都涉及到关于打开一个页面,什么情况下才能判断这个函数执行完毕呢,这些函数都提供了两个参数 waitUtil 和 timeout,waitUtil 表示直到什么出现就算执行完毕,timeout 表示如果超过这个时间还没有结束就抛出异常。

await page.goto('https://www.baidu.com', {
   timeout: 30 * 1000,
   waitUntil: [
       'load',              //等待 “load” 事件触发
       'domcontentloaded',  //等待 “domcontentloaded” 事件触发
       'networkidle0',      //在 500ms 内没有任何网络连接
       'networkidle2'       //在 500ms 内网络连接个数不超过 2 个
   ]
});

以上 waitUtil 有四个事件,业务可以根据需求来设置其中一个或者多个触发才以为结束,networkidle0 和 networkidle2 中的 500ms 对时间性能要求高的用户来说,还是有点长的

等待元素、请求、响应

  • page.waitForXPath:等待 xPath 对应的元素出现,返回对应的 ElementHandle 实例
  • page.waitForSelector :等待选择器对应的元素出现,返回对应的 ElementHandle 实例
  • page.waitForResponse :等待某个响应结束,返回 Response 实例
  • page.waitForRequest:等待某个请求出现,返回 Request 实例
await page.waitForXPath('//img');
await page.waitForSelector('#uniqueId');
await page.waitForResponse('https://d.youdata.netease.com/api/dash/hello');
await page.waitForRequest('https://d.youdata.netease.com/api/dash/hello');

自定义等待

如果上面提供的等待方式都不能满足我们的需求,puppeteer 还提供我们提供两个函数:

  • page.waitForFunction:等待在页面中自定义函数的执行结果,返回 JsHandle 实例
  • page.waitFor:设置等待时间,实在没办法的做法
await page.goto(url, { 
    timeout: 120000, 
    waitUntil: 'networkidle2' 
});
//我们可以在页面中定义自己认为加载完的事件,在合适的时间点我们将该事件设置为 true
//以下是我们项目在触发截图时的判断逻辑,如果 renderdone 出现且为 true 那么就截图,如果是 Object,说明页面加载出错了,我们可以捕获该异常进行提示
let renderdoneHandle = await page.waitForFunction('window.renderdone', {
    polling: 120
});
const renderdone = await renderdoneHandle.jsonValue();
if (typeof renderdone === 'object') {
    console.log(`加载页面失败:报表${renderdone.componentId}出错 -- ${renderdone.message}`);
}else{
    console.log('页面加载成功');
}

两个独立的环境

在使用 Puppeteer 时我们几乎一定会遇到在这两个环境之间交换数据:运行 Puppeteer 的 Node.js 环境和 Puppeteer 操作的页面 Page DOM,理解这两个环境很重要

  • 首先 Puppeteer 提供了很多有用的函数去 Page DOM Environment 中执行代码,这个后面会介绍到
  • 其次 Puppeteer 提供了 ElementHandle 和 JsHandle 将 Page DOM Environment 中元素和对象封装成对应的 Node.js 对象,这样可以直接这些对象的封装函数进行操作 Page DOM



10 个用例告诉你如何使用 puppeteer

下面介绍 10 个关于使用 Puppeteer 的用例,并在介绍用例的时候会穿插的讲解一些 API,告诉大家如何使用 Puppeteer:

Case1:截图

我们使用 Puppeteer 既可以对某个页面进行截图,也可以对页面中的某个元素进行截图:

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch();
    const page = await browser.newPage();
    //设置可视区域大小
    await page.setViewport({width: 1920, height: 800});
    await page.goto('https://youdata.163.com');
    //对整个页面截图
    await page.screenshot({
        path: './files/capture.png',  //图片保存路径
        type: 'png',
        fullPage: true //边滚动边截图
        // clip: {x: 0, y: 0, width: 1920, height: 800}
    });
    //对页面某个元素截图
    let [element] = await page.$x('/html/body/section[4]/div/div[2]');
    await element.screenshot({
        path: './files/element.png'
    });
    await page.close();
    await browser.close();
})();

我们怎么去获取页面中的某个元素呢?

  • page.$('#uniqueId'):获取某个选择器对应的第一个元素
  • page.$$('div'):获取某个选择器对应的所有元素
  • page.$x('//img'):获取某个 xPath 对应的所有元素
  • page.waitForXPath('//img'):等待某个 xPath 对应的元素出现
  • page.waitForSelector('#uniqueId'):等待某个选择器对应的元素出现

case2: 模拟用户登录

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch({
        slowMo: 100,    //放慢速度
        headless: false,
        defaultViewport: {width: 1440, height: 780},
        ignoreHTTPSErrors: false, //忽略 https 报错
        args: ['--start-fullscreen'] //全屏打开页面
    });
    const page = await browser.newPage();
    await page.goto('https://demo.youdata.com');
    //输入账号密码
    const uniqueIdElement = await page.$('#uniqueId');
    await uniqueIdElement.type('admin@admin.com', {delay: 20});
    const passwordElement = await page.$('#password', {delay: 20});
    await passwordElement.type('123456');
    //点击确定按钮进行登录
    let okButtonElement = await page.$('#btn-ok');
    //等待页面跳转完成,一般点击某个按钮需要跳转时,都需要等待 page.waitForNavigation() 执行完毕才表示跳转成功
    await Promise.all([
        okButtonElement.click(),
        page.waitForNavigation()  
    ]);
    console.log('admin 登录成功');
    await page.close();
    await browser.close();
})();

那么 ElementHandle 都提供了哪些操作元素的函数呢?

  • elementHandle.click():点击某个元素
  • elementHandle.tap():模拟手指触摸点击
  • elementHandle.focus():聚焦到某个元素
  • elementHandle.hover():鼠标 hover 到某个元素上
  • elementHandle.type('hello'):在输入框输入文本

case3:请求拦截

请求在有些场景下很有必要,拦截一下没必要的请求提高性能,我们可以在监听 Page 的 request 事件,并进行请求拦截,前提是要开启请求拦截 page.setRequestInterception(true)。

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch();
    const page = await browser.newPage();
    const blockTypes = new Set(['image', 'media', 'font']);
    await page.setRequestInterception(true); //开启请求拦截
    page.on('request', request => {
        const type = request.resourceType();
        const shouldBlock = blockTypes.has(type);
        if(shouldBlock){
            //直接阻止请求
            return request.abort();
        }else{
            //对请求重写
            return request.continue({
                //可以对 url,method,postData,headers 进行覆盖
                headers: Object.assign({}, request.headers(), {
                    'puppeteer-test': 'true'
                })
            });
        }
    });
    await page.goto('https://demo.youdata.com');
    await page.close();
    await browser.close();
})();

那 page 页面上都提供了哪些事件呢?

  • page.on('close') 页面关闭
  • page.on('console') console API 被调用
  • page.on('error') 页面出错
  • page.on('load') 页面加载完
  • page.on('request') 收到请求
  • page.on('requestfailed') 请求失败
  • page.on('requestfinished') 请求成功
  • page.on('response') 收到响应
  • page.on('workercreated') 创建 webWorker
  • page.on('workerdestroyed') 销毁 webWorker

case4:获取 WebSocket 响应

Puppeteer 目前没有提供原生的用于处理 WebSocket 的 API 接口,但是我们可以通过更底层的 Chrome DevTool Protocol (CDP) 协议获得

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch();
    const page = await browser.newPage();
    //创建 CDP 会话
    let cdpSession = await page.target().createCDPSession();
    //开启网络调试,监听 Chrome DevTools Protocol 中 Network 相关事件
    await cdpSession.send('Network.enable');
    //监听 webSocketFrameReceived 事件,获取对应的数据
    cdpSession.on('Network.webSocketFrameReceived', frame => {
        let payloadData = frame.response.payloadData;
        if(payloadData.includes('push:query')){
            //解析payloadData,拿到服务端推送的数据
            let res = JSON.parse(payloadData.match(/\{.*\}/)[0]);
            if(res.code !== 200){
                console.log(`调用websocket接口出错:code=${res.code},message=${res.message}`);
            }else{
                console.log('获取到websocket接口数据:', res.result);
            }
        }
    });
    await page.goto('https://netease.youdata.163.com/dash/142161/reportExport?pid=700209493');
    await page.waitForFunction('window.renderdone', {polling: 20});
    await page.close();
    await browser.close();
})();

case5:植入 javascript 代码

Puppeteer 最强大的功能是,你可以在浏览器里执行任何你想要运行的 javascript 代码,下面是我在爬 188 邮箱的收件箱用户列表时,发现每次打开收件箱再关掉都会多处一个 iframe 来,随着打开收件箱的增多,iframe 增多到浏览器卡到无法运行,所以我在爬虫代码里加了删除无用 iframe 的脚本:

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch();
    const page = await browser.newPage();
    await page.goto('https://webmail.vip.188.com');
    //注册一个 Node.js 函数,在浏览器里运行
    await page.exposeFunction('md5', text =>
        crypto.createHash('md5').update(text).digest('hex')
    );
    //通过 page.evaluate 在浏览器里执行删除无用的 iframe 代码
    await page.evaluate(async () =>  {
        let iframes = document.getElementsByTagName('iframe');
        for(let i = 3; i <  iframes.length - 1; i++){
            let iframe = iframes[i];
            if(iframe.name.includes("frameBody")){
                iframe.src = 'about:blank';
                try{
                    iframe.contentWindow.document.write('');
                    iframe.contentWindow.document.clear();
                }catch(e){}
                //把iframe从页面移除
                iframe.parentNode.removeChild(iframe);
            }
        }
        //在页面中调用 Node.js 环境中的函数
        const myHash = await window.md5('PUPPETEER');
        console.log(`md5 of ${myString} is ${myHash}`);
    });
    await page.close();
    await browser.close();
})();

有哪些函数可以在浏览器环境中执行代码呢?

  • page.evaluate(pageFunction[, ...args]):在浏览器环境中执行函数
  • page.evaluateHandle(pageFunction[, ...args]):在浏览器环境中执行函数,返回 JsHandle 对象
  • page.$$eval(selector, pageFunction[, ...args]):把 selector 对应的所有元素传入到函数并在浏览器环境执行
  • page.$eval(selector, pageFunction[, ...args]):把 selector 对应的第一个元素传入到函数在浏览器环境执行
  • page.evaluateOnNewDocument(pageFunction[, ...args]):创建一个新的 Document 时在浏览器环境中执行,会在页面所有脚本执行之前执行
  • page.exposeFunction(name, puppeteerFunction):在 window 对象上注册一个函数,这个函数在 Node 环境中执行,有机会在浏览器环境中调用 Node.js 相关函数库

case6: 如何抓取 iframe 中的元素

一个 Frame 包含了一个执行上下文(Execution Context),我们不能跨 Frame 执行函数,一个页面中可以有多个 Frame,主要是通过 iframe 标签嵌入的生成的。其中在页面上的大部分函数其实是 page.mainFrame().xx 的一个简写,Frame 是树状结构,我们可以通过 frame.childFrames() 遍历到所有的 Frame,如果想在其它 Frame 中执行函数必须获取到对应的 Frame 才能进行相应的处理

以下是在登录 188 邮箱时,其登录窗口其实是嵌入的一个 iframe,以下代码时我们在获取 iframe 并进行登录

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch({headless: false, slowMo: 50});
    const page = await browser.newPage();
    await page.goto('https://www.188.com');
    //点击使用密码登录
    let passwordLogin = await page.waitForXPath('//*[@id="qcode"]/div/div[2]/a');
    await passwordLogin.click();
    for (const frame of page.mainFrame().childFrames()){
        //根据 url 找到登录页面对应的 iframe
        if (frame.url().includes('passport.188.com')){
            await frame.type('.dlemail', 'admin@admin.com');
            await frame.type('.dlpwd', '123456');
            await Promise.all([
                frame.click('#dologin'),
                page.waitForNavigation()
            ]);
            break;
        }
    }
    await page.close();
    await browser.close();
})();

case7: 页面性能分析

Puppeteer 提供了对页面性能分析的工具,目前功能还是比较弱的,只能获取到一个页面性能执行的数据,如何分析需要我们自己根据数据进行分析,据说在 2.0 版本会做大的改版: - 一个浏览器同一时间只能 trace 一次 - 在 devTools 的 Performance 可以上传对应的 json 文件并查看分析结果 - 我们可以写脚本来解析 trace.json 中的数据做自动化分析 - 通过 tracing 我们获取页面加载速度以及脚本的执行性能

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch();
    const page = await browser.newPage();
    await page.tracing.start({path: './files/trace.json'});
    await page.goto('https://www.google.com');
    await page.tracing.stop();
    /*
        continue analysis from 'trace.json'
    */
    browser.close();
})();

case8: 文件的上传和下载

在自动化测试中,经常会遇到对于文件的上传和下载的需求,那么在 Puppeteer 中如何实现呢?

(async () => {
    const browser = await puppeteer.launch();
    const page = await browser.newPage();
    //通过 CDP 会话设置下载路径
    const cdp = await page.target().createCDPSession();
    await cdp.send('Page.setDownloadBehavior', {
        behavior: 'allow', //允许所有下载请求
        downloadPath: 'path/to/download'  //设置下载路径
    });
    //点击按钮触发下载
    await (await page.waitForSelector('#someButton')).click();
    //等待文件出现,轮训判断文件是否出现
    await waitForFile('path/to/download/filename');

    //上传时对应的 inputElement 必须是<input>元素
    let inputElement = await page.waitForXPath('//input[@type="file"]');
    await inputElement.uploadFile('/path/to/file');
    browser.close();
})();

case9:跳转新 tab 页处理

在点击一个按钮跳转到新的 Tab 页时会新开一个页面,这个时候我们如何获取改页面对应的 Page 实例呢?可以通过监听 Browser 上的 targetcreated 事件来实现,表示有新的页面创建:

let page = await browser.newPage();
await page.goto(url);
let btn = await page.waitForSelector('#btn');
//在点击按钮之前,事先定义一个 Promise,用于返回新 tab 的 Page 对象
const newPagePromise = new Promise(res => 
  browser.once('targetcreated', 
    target => res(target.page())
  )
);
await btn.click();
//点击按钮后,等待新tab对象
let newPage = await newPagePromise;

case10: 模拟不同的设备

Puppeteer 提供了模拟不同设备的功能,其中 puppeteer.devices 对象上定义很多设备的配置信息,这些配置信息主要包含 viewport 和 userAgent,然后通过函数 page.emulate 实现不同设备的模拟

const puppeteer = require('puppeteer');
const iPhone = puppeteer.devices['iPhone 6'];
puppeteer.launch().then(async browser => {
  const page = await browser.newPage();
  await page.emulate(iPhone);
  await page.goto('https://www.google.com');
  await browser.close();
});

Puppeteer vs Phantomjs

  • 完全真实的浏览器操作,支持所有 Chrome 特性
  • 可以提供不同版本的 Chrome 浏览器环境
  • Chrome 团队维护,拥有更好的兼容性和前景
  • headless 参数动态配置,调试更为方便,通过 –remote-debugging-port=9222,可以进入调试界面调试
  • 支持最新的 JS 语法,比如 async/await 等
  • 完备的事件驱动机制,不需要太多的 sleep
  • Phantomjs 环境安装复杂,API 调用不友好
  • 两者的主要不同在于 Phantomjs 使用了一个较老版本的 WebKit 作为它的渲染引擎
  • 比 Phantomjs 有更快更好的性能,以下是其他人对于 Puppeteer 和 Phantomjs 性能对比结果:

Headless Chrome vs PhantomJS Benchmark



Puppeteer 在我们团队的应用场景



性能和优化

  • 关于共享内存:
Chrome 默认使用 /dev/shm 共享内存,但是 docker 默认/dev/shm 只有64MB,显然是不够使用的,提供两种方式来解决:
- 启动 docker 时添加参数 --shm-size=1gb 来增大 /dev/shm 共享内存,但是 swarm 目前不支持 shm-size 参数
- 启动 Chrome 添加参数 - disable-dev-shm-usage,禁止使用 /dev/shm 共享内存
  • 尽量使用同一个浏览器实例,这样可以实现缓存共用
  • 通过请求拦截没必要加载的资源
  • 像我们自己打开 Chrome 一样,tab 页多必然会卡,所以必须有效控制 tab 页个数
  • 一个 Chrome 实例启动时间长了难免会出现内存泄漏,页面奔溃等现象,所以定时重启 Chrome 实例是有必要的
  • 为了加快性能,关闭没必要的配置,比如:-no-sandbox(沙箱功能),--disable-extensions(扩展程序)等
  • 尽量避免使用 page.waifFor(1000),让程序自己决定效果会更好
  • 因为和 Chrome 实例连接时使用的 Websocket,会存在 Websocket sticky session 问题,这个需要特别注意

参考文献

编辑于 2019-10-30

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