Python 如何利用 urllib 包获取网络资源
备注
本 HOWTO 的早期版本有法语翻译，可从 urllib2 - Le Manuel manquant 获得。
概述
urllib.request 是用于获取 URL （统一资源定位符）的 Python 模块。它以 urlopen 函数的形式提供了一个非常简单的接口，能用不同的协议获取 URL。同时它还为处理各种常见情形提供了一个稍微复杂一些的接口——比如:基础身份认证、cookies、代理等等。这些功能是由名为 handlers 和 opener 的对象提供的。
urllib.request 支持多种 "URL 方案" （通过 URL中 ":" 之前的字符串加以区分——如 "ftp://python.org/"` 中的 ``"ftp"`）即为采用其关联网络协议（FTP、HTTP 之类）的 URL 方案 。本教程重点关注最常用的 HTTP 场景。
对于简单场景而言， urlopen 用起来十分容易。但只要在打开 HTTP URL 时遇到错误或非常情况，就需要对超文本传输协议有所了解才行。最全面、最权威的 HTTP 参考是 RFC 2616 。那是一份技术文档，并没有追求可读性。本 文旨在说明 urllib 的用法，为了便于阅读也附带了足够详细的 HTTP 信息。本文并不是为了替代 urllib.request 文档，只是其补充说明而已。
获取 URL 资源
urllib.request 最简单的使用方式如下所示:
import urllib.request
with urllib.request.urlopen('http://python.org/') as response:
html = response.read()
如果想通过 URL 获取资源并临时存储一下，可以采用 shutil.copyfileobj() 和 tempfile.NamedTemporaryFile() 函数:
import shutil
import tempfile
import urllib.request
with urllib.request.urlopen('http://python.org/') as response:
with tempfile.NamedTemporaryFile(delete=False) as tmp_file:
shutil.copyfileobj(response, tmp_file)
with open(tmp_file.name) as html:
pass
urllib 的很多用法就是这么简单（注意 URL 不仅可以 http: 开头，还可以是 ftp: 、file: 等）。不过本教程的目的是介绍更加复杂的应用场景，重点还是关注 HTTP。
HTTP 以请求和响应为基础——客户端生成请求，服务器发送响应。urllib.request 用 Request 对象来表示要生成的 HTTP 请求。最简单的形式就是创建一个 Request 对象，指定了想要获取的 URL。用这个 Request 对象作为参数调用``urlopen`` ，将会返回该 URL 的响应对象。响应对象类似于文件对象，就是说可以对其调用 .read() 之类的命令:
import urllib.request
req = urllib.request.Request('http://www.voidspace.org.uk')
with urllib.request.urlopen(req) as response:
the_page = response.read()
请注意，urllib.request 用同一个 Request 接口处理所有 URL 方案。比如可生成 FTP 请求如下:
req = urllib.request.Request('ftp://example.com/')
就 HTTP 而言，Request 对象能够做两件额外的事情:首先可以把数据传给服务器。其次，可以将 有关 数据或请求本身的额外信息（metadata）传给服务器——这些信息将会作为 HTTP “头部”数据发送。下面依次看下。
数据
有时需要向某个 URL 发送数据，通常此 URL 会指向某个CGI（通用网关接口）脚本或其他 web 应用。对于 HTTP 而言，这通常会用所谓的 POST 请求来完成。当要把 Web 页填写的 HTML 表单提交时，浏览器通常会执行此操作。但并不是所有的 POST 都来自表单:可以用 POST 方式传输任何数据到自己的应用上。对于通常的 HTML 表单，数据需要以标准的方式编码，然后作为 data 参数传给 Request 对象。编码过程是用 urllib.parse 库的函数完成的:
import urllib.parse
import urllib.request
url = 'http://www.someserver.com/cgi-bin/register.cgi'
values = {'name' : 'Michael Foord',
'location' : 'Northampton',
'language' : 'Python' }
data = urllib.parse.urlencode(values)
data = data.encode('ascii') # data should be bytes
req = urllib.request.Request(url, data)
with urllib.request.urlopen(req) as response:
the_page = response.read()
请注意，有时还需要采用其他编码，比如由 HTML 表单上传文件——更多细节请参见 HTML 规范，提交表单 。
如果不传递 data 参数，urllib 将采用 GET 请求。GET 和 POST 请求有一点不同，POST 请求往往具有“副作用”，他们会以某种方式改变系统的状态。例如，从网站下一个订单，购买一大堆罐装垃圾并运送到家。 尽管 HTTP 标准明确指出 POST 总是 要导致副作用，而 GET 请求 从来不会 导致副作用。但没有什么办法能阻止 GET 和 POST 请求的副作用。数据也可以在 HTTP GET 请求中传递，只要把数据编码到 URL 中即可。
做法如下所示:
>>> import urllib.request
>>> import urllib.parse
>>> data = {}
>>> data['name'] = 'Somebody Here'
>>> data['location'] = 'Northampton'
>>> data['language'] = 'Python'
>>> url_values = urllib.parse.urlencode(data)
>>> print(url_values) # The order may differ from below.
name=Somebody+Here&language=Python&location=Northampton
>>> url = 'http://www.example.com/example.cgi'
>>> full_url = url + '?' + url_values
>>> data = urllib.request.urlopen(full_url)
请注意，完整的 URL 是通过在其中添加 ? 创建的，后面跟着经过编码的数据。
HTTP 头部信息
下面介绍一个具体的 HTTP 头部信息，以此说明如何在 HTTP 请求加入头部信息。
有些网站 1 不愿被程序浏览到，或者要向不同的浏览器发送不同版本 2 的网页。默认情况下，urllib 将自身标识为“Python-urllib/xy”（其中 x 、 y 是 Python 版本的主、次版本号，例如 Python-urllib/2.5），这可能会让网站不知所措，或者干脆就使其无法正常工作。浏览器是通过头部信息 User-Agent 3 来标识自己的。在创建 Request 对象时，可以传入字典形式的头部信息。以下示例将生成与之前相同的请求，只是将自身标识为某个版本的 Internet Explorer 4 :
import urllib.parse
import urllib.request
url = 'http://www.someserver.com/cgi-bin/register.cgi'
user_agent = 'Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; Win64; x64)'
values = {'name': 'Michael Foord',
'location': 'Northampton',
'language': 'Python' }
headers = {'User-Agent': user_agent}
data = urllib.parse.urlencode(values)
data = data.encode('ascii')
req = urllib.request.Request(url, data, headers)
with urllib.request.urlopen(req) as response:
the_page = response.read()
响应对象也有两个很有用的方法。请参阅有关 info 和 geturl 部分，了解出现问题时会发生什么。
异常的处理
如果 urlopen 无法处理响应信息，就会触发 URLError 。尽管与通常的 Python API 一样，也可能触发 ValueError 、 TypeError 等内置异常。
HTTPError 是 URLError 的子类，当 URL 是 HTTP 的情况时将会触发。
上述异常类是从 urllib.error 模块中导出的。
URLError
触发 URLError 的原因，通常是网络不通（或者没有到指定服务器的路由），或者指定的服务器不存在。这时触发的异常会带有一个 reason 属性，是一个包含错误代码和文本错误信息的元组。
例如:
>>> req = urllib.request.Request('http://www.pretend_server.org')
>>> try: urllib.request.urlopen(req)
... except urllib.error.URLError as e:
... print(e.reason)
...
(4, 'getaddrinfo failed')
HTTPError
从服务器返回的每个 HTTP 响应都包含一个数字的 “状态码”。有时该状态码表明服务器无法完成该请求。默认的处理函数将会处理这其中的一部分响应。如若响应是“redirection”，这是要求客户端从另一 URL 处获取数据，urllib 将会自行处理。对于那些无法处理的状况，urlopen 将会引发 HTTPError 。典型的错误包括:“404”（页面无法找到）、“403”（请求遭拒绝）和“401”（需要身份认证）。
全部的 HTTP 错误码请参阅 RFC 2616 。
HTTPError 实例将包含一个整数型的“code”属性，对应于服务器发来的错误。
错误代码
由于默认处理函数会自行处理重定向（300 以内的错误码），而且 100--299 的状态码表示成功，因此通常只会出现 400--599 的错误码。
http.server.BaseHTTPRequestHandler.responses 是很有用的响应码字典，其中给出了 RFC 2616 用到的所有响应代码。为方便起见，将此字典转载如下:
# Table mapping response codes to messages; entries have the
# form {code: (shortmessage, longmessage)}.
responses = {
100: ('Continue', 'Request received, please continue'),
101: ('Switching Protocols',
'Switching to new protocol; obey Upgrade header'),
200: ('OK', 'Request fulfilled, document follows'),
201: ('Created', 'Document created, URL follows'),
202: ('Accepted',
'Request accepted, processing continues off-line'),
203: ('Non-Authoritative Information', 'Request fulfilled from cache'),
204: ('No Content', 'Request fulfilled, nothing follows'),
205: ('Reset Content', 'Clear input form for further input.'),
206: ('Partial Content', 'Partial content follows.'),
300: ('Multiple Choices',
'Object has several resources -- see URI list'),
301: ('Moved Permanently', 'Object moved permanently -- see URI list'),
302: ('Found', 'Object moved temporarily -- see URI list'),
303: ('See Other', 'Object moved -- see Method and URL list'),
304: ('Not Modified',
'Document has not changed since given time'),
305: ('Use Proxy',
'You must use proxy specified in Location to access this '
'resource.'),
307: ('Temporary Redirect',
'Object moved temporarily -- see URI list'),
400: ('Bad Request',
'Bad request syntax or unsupported method'),
401: ('Unauthorized',
'No permission -- see authorization schemes'),
402: ('Payment Required',
'No payment -- see charging schemes'),
403: ('Forbidden',
'Request forbidden -- authorization will not help'),
404: ('Not Found', 'Nothing matches the given URI'),
405: ('Method Not Allowed',
'Specified method is invalid for this server.'),
406: ('Not Acceptable', 'URI not available in preferred format.'),
407: ('Proxy Authentication Required', 'You must authenticate with '
'this proxy before proceeding.'),
408: ('Request Timeout', 'Request timed out; try again later.'),
409: ('Conflict', 'Request conflict.'),
410: ('Gone',
'URI no longer exists and has been permanently removed.'),
411: ('Length Required', 'Client must specify Content-Length.'),
412: ('Precondition Failed', 'Precondition in headers is false.'),
413: ('Request Entity Too Large', 'Entity is too large.'),
414: ('Request-URI Too Long', 'URI is too long.'),
415: ('Unsupported Media Type', 'Entity body in unsupported format.'),
416: ('Requested Range Not Satisfiable',
'Cannot satisfy request range.'),
417: ('Expectation Failed',
'Expect condition could not be satisfied.'),
500: ('Internal Server Error', 'Server got itself in trouble'),
501: ('Not Implemented',
'Server does not support this operation'),
502: ('Bad Gateway', 'Invalid responses from another server/proxy.'),
503: ('Service Unavailable',
'The server cannot process the request due to a high load'),
504: ('Gateway Timeout',
'The gateway server did not receive a timely response'),
505: ('HTTP Version Not Supported', 'Cannot fulfill request.'),
}
当触发错误时，服务器通过返回 HTTP 错误码 和 错误页面进行响应。可以将 HTTPError 实例用作返回页面的响应。这意味着除了 code 属性之外，错误对象还像 urllib.response 模块返回的那样具有 read、geturl 和 info 方法:
>>> req = urllib.request.Request('http://www.python.org/fish.html')
>>> try:
... urllib.request.urlopen(req)
... except urllib.error.HTTPError as e:
... print(e.code)
... print(e.read())
...
404
b'<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN"
"http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html
...
<title>Page Not Found</title>
...
总之
若要准备处理 HTTPError 或 URLError ，有两种简单的方案。推荐使用第二种方案。
第一种方案
from urllib.request import Request, urlopen
from urllib.error import URLError, HTTPError
req = Request(someurl)
try:
response = urlopen(req)
except HTTPError as e:
print('The server couldn\'t fulfill the request.')
print('Error code: ', e.code)
except URLError as e:
print('We failed to reach a server.')
print('Reason: ', e.reason)
else:
# everything is fine
备注
except HTTPError 必须 首先处理，否则 except URLError 将会 同时 捕获 HTTPError 。
第二种方案
from urllib.request import Request, urlopen
from urllib.error import URLError
req = Request(someurl)
try:
response = urlopen(req)
except URLError as e:
if hasattr(e, 'reason'):
print('We failed to reach a server.')
print('Reason: ', e.reason)
elif hasattr(e, 'code'):
print('The server couldn\'t fulfill the request.')
print('Error code: ', e.code)
else:
# everything is fine
info 和 geturl 方法
由 urlopen （或者 HTTPError 实例）所返回的响应包含两个有用的方法: info() 和 geturl()，该响应由模块 urllib.response 定义。
geturl ——返回所获取页面的真实 URL。该方法很有用，因为 urlopen （或 opener 对象）可能已经经过了一次重定向。已获取页面的 URL 未必就是所请求的 URL 。
info - 该方法返回一个类似字典的对象，描述了所获取的页面，特别是由服务器送出的头部信息（headers） 。目前它是一个 http.client.HTTPMessage 实例。
Typical headers include 'Content-length', 'Content-type', and so on. See the Quick Reference to HTTP Headers for a useful listing of HTTP headers with brief explanations of their meaning and use.
Opener 和 Handler
当您获取一个 URL 时，您会使用一个 opener（名称可能容易混淆的 urllib.request.OpenerDirector 的一个实例）。通常我们一直在使用默认的开启器——通过 urlopen——但是你可以创建自定义的开启器。 开瓶器使用处理程序。 所有的"繁重的工作"都由处理程序完成。 每个处理程序都知道如何打开特定 URL 方案（http、ftp 等）的 URL，或者如何处理 URL 打开的某个方面，例如 HTTP 重定向或 HTTP cookie。
若要用已安装的某个 handler 获取 URL，需要创建一个 opener 对象，例如处理 cookie 的 opener，或对重定向不做处理的 opener。
若要创建 opener，请实例化一个 OpenerDirector ，然后重复调用 .add_handler(some_handler_instance) 。
或者也可以用 build_opener ，这是个用单次调用创建 opener 对象的便捷函数。build_opener 默认会添加几个 handler，不过还提供了一种快速添加和/或覆盖默认 handler 的方法。
可能还需要其他类型的 handler，以便处理代理、身份认证和其他常见但稍微特殊的情况。
install_opener 可用于让 opener 对象成为（全局）默认 opener。这意味着调用 urlopen 时会采用已安装的 opener。
opener 对象带有一个 `open 方法，可供直接调用以获取 url，方式与 urlopen 函数相同。除非是为了调用方便，否则没必要去调用 install_opener 。
基本认证
为了说明 handler 的创建和安装过程，会用到 HTTPBasicAuthHandler 。有关该主题的更详细的介绍——包括基本身份认证的工作原理——请参阅 Basic Authentication Tutorial 。
如果需要身份认证，服务器会发送一条请求身份认证的头部信息（以及 401 错误代码）。这条信息中指明了身份认证方式和“安全区域（realm）”。格式如下所示:WWW-Authenticate: SCHEME realm="REALM" 。
例如
WWW-Authenticate: Basic realm="cPanel Users"
然后，客户端应重试发起请求，请求数据中的头部信息应包含安全区域对应的用户名和密码。这就是“基本身份认证”。为了简化此过程，可以创建 HTTPBasicAuthHandler 的一个实例及使用它的 opener。
HTTPBasicAuthHandler 用一个名为密码管理器的对象来管理 URL、安全区域与密码、用户名之间的映射关系。如果知道确切的安全区域（来自服务器发送的身份认证头部信息），那就可以用到 HTTPPasswordMgr 。通常人们并不关心安全区域是什么，这时用``HTTPPasswordMgrWithDefaultRealm`` 就很方便，允许为 URL 指定默认的用户名和密码。当没有为某个安全区域提供用户名和密码时，就会用到默认值。下面用 None 作为 add_password 方法的安全区域参数，表明采用默认用户名和密码。
首先需要身份认证的是顶级 URL。比传给 .add_password() 的 URL 级别“更深”的 URL 也会得以匹配:
# create a password manager
password_mgr = urllib.request.HTTPPasswordMgrWithDefaultRealm()
# Add the username and password.
# If we knew the realm, we could use it instead of None.
top_level_url = "http://example.com/foo/"
password_mgr.add_password(None, top_level_url, username, password)
handler = urllib.request.HTTPBasicAuthHandler(password_mgr)
# create "opener" (OpenerDirector instance)
opener = urllib.request.build_opener(handler)
# use the opener to fetch a URL
opener.open(a_url)
# Install the opener.
# Now all calls to urllib.request.urlopen use our opener.
urllib.request.install_opener(opener)
备注
在以上例子中，只向 build_opener 给出了 HTTPBasicAuthHandler 。默认情况下，opener 会有用于处理常见状况的 handler ——ProxyHandler （如果设置代理的话，比如设置了环境变量 http_proxy ），UnknownHandler 、HTTPHandler 、 HTTPDefaultErrorHandler 、 HTTPRedirectHandler 、 FTPHandler 、 FileHandler 、 DataHandler 、 HTTPErrorProcessor 。
top_level_url 其实 要么 是一条完整的 URL（包括 “http:” 部分和主机名及可选的端口号），比如 "http://example.com/" ， 要么 是一条“访问权限”（即主机名，及可选的端口号），比如 "example.com" 或 "example.com:8080" （后一个示例包含了端口号）。访问权限 不得 包含“用户信息”部分——比如 "joe:password@example.com" 就不正确。
代理
urllib 将自动检测并使用代理设置。 这是通过 ProxyHandler 实现的，当检测到代理设置时，是正常 handler 链中的一部分。通常这是一件好事，但有时也可能会无效 5。 一种方案是配置自己的 ProxyHandler ，不要定义代理。 设置的步骤与 Basic Authentication handler 类似:
>>> proxy_support = urllib.request.ProxyHandler({})
>>> opener = urllib.request.build_opener(proxy_support)
>>> urllib.request.install_opener(opener)
备注
目前 urllib.request 尚不 支持通过代理抓取 https 链接地址。 但此功能可以通过扩展 urllib.request 来启用，如以下例程所示 6。
备注
如果设置了 REQUEST_METHOD 变量，则会忽略 HTTP_PROXY ；参阅 getproxies() 文档。
套接字与分层
Python 获取 Web 资源的能力是分层的。urllib 用到的是 http.client 库，而后者又用到了套接字库。
从 Python 2.3 开始，可以指定套接字等待响应的超时时间。这对必须要读到网页数据的应用程序会很有用。默认情况下，套接字模块 不会超时 并且可以挂起。目前，套接字超时机制未暴露给 http.client 或 urllib.request 层使用。不过可以为所有套接字应用设置默认的全局超时。
import socket
import urllib.request
# timeout in seconds
timeout = 10
socket.setdefaulttimeout(timeout)
# this call to urllib.request.urlopen now uses the default timeout
# we have set in the socket module
req = urllib.request.Request('http://www.voidspace.org.uk')
response = urllib.request.urlopen(req)
