文件断点续传原理与实现

2024-07-12 10:54| 来源: 网络整理| 查看: 265

在网络状况不好的情况下，对于文件的传输，我们希望能够支持可以每次传部分数据。首先从文件传输协议FTP和TFTP开始分析，

FTP是基于TCP的，一般情况下建立两个连接，一个负责指令，一个负责数据；而TFTP是基于UDP的，由于UDP传输是不可靠的，虽然传输速度很快，但对于普通的文件像PDF这种，少了一个字节都不行。本次以IM中的文件下载场景为例，解析基于TCP的文件断点续传的原理，并用代码实现。

什么是断点续传？

断点续传其实正如字面意思，就是在下载的断开点继续开始传输，不用再从头开始。所以理解断点续传的核心后，发现其实和很简单，关键就在于对传输中断点的把握，我就自己的理解画了一个简单的示意图：

原理：

断点续传的关键是断点，所以在制定传输协议的时候要设计好，如上图，我自定义了一个交互协议，每次下载请求都会带上下载的起始点，这样就可以支持从断点下载了，其实HTTP里的断点续传也是这个原理，在HTTP的头里有个可选的字段RANGE，表示下载的范围，下面是我用Java语言实现的下载断点续传示例。

提供下载的服务端代码：

[java] view plain copy import java.io.File; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.io.RandomAccessFile; import java.io.StringWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; // 断点续传服务端 public class FTPServer { // 文件发送线程 class Sender extends Thread{ // 网络输入流 private InputStream in; // 网络输出流 private OutputStream out; // 下载文件名 private String filename; public Sender(String filename, Socket socket){ try { this.out = socket.getOutputStream(); this.in = socket.getInputStream(); this.filename = filename; } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } @Override public void run() { try { System.out.println("start to download file!"); int temp = 0; StringWriter sw = new StringWriter(); while((temp = in.read()) != 0){ sw.write(temp); //sw.flush(); } // 获取命令 String cmds = sw.toString(); System.out.println("cmd : " + cmds); if("get".equals(cmds)){ // 初始化文件 File file = new File(this.filename); RandomAccessFile access = new RandomAccessFile(file,"r"); // StringWriter sw1 = new StringWriter(); while((temp = in.read()) != 0){ sw1.write(temp); sw1.flush(); } System.out.println(sw1.toString()); // 获取断点位置 int startIndex = 0; if(!sw1.toString().isEmpty()){ startIndex = Integer.parseInt(sw1.toString()); } long length = file.length(); byte[] filelength = String.valueOf(length).getBytes(); out.write(filelength); out.write(0); out.flush(); // 计划要读的文件长度 //int length = (int) file.length();//Integer.parseInt(sw2.toString()); System.out.println("file length : " + length); // 缓冲区10KB byte[] buffer = new byte[1024*10]; // 剩余要读取的长度 int tatol = (int) length; System.out.println("startIndex : " + startIndex); access.skipBytes(startIndex); while (true) { // 如果剩余长度为0则结束 if(tatol == 0){ break; } // 本次要读取的长度假设为剩余长度 int len = tatol - startIndex; // 如果本次要读取的长度大于缓冲区的容量 if(len > buffer.length){ // 修改本次要读取的长度为缓冲区的容量 len = buffer.length; } // 读取文件，返回真正读取的长度 int rlength = access.read(buffer,0,len); // 将剩余要读取的长度减去本次已经读取的 tatol -= rlength; // 如果本次读取个数不为0则写入输出流，否则结束 if(rlength > 0){ // 将本次读取的写入输出流中 out.write(buffer,0,rlength); out.flush(); } else { break; } // 输出读取进度 //System.out.println("finish : " + ((float)(length -tatol) / length) *100 + " %"); } //System.out.println("receive file finished!"); // 关闭流 out.close(); in.close(); access.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } super.run(); } } public void run(String filename, Socket socket){ // 启动接收文件线程 new Sender(filename,socket).start(); } public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建服务器监听 ServerSocket server = new ServerSocket(8888); // 接收文件的保存路径 String filename = "E:\\ceshi\\mm.pdf"; for(;;){ Socket socket = server.accept(); new FTPServer().run(filename, socket); } } }

下载的客户端代码：

[java] view plain copy import java.io.File; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.io.RandomAccessFile; import java.io.StringWriter; import java.net.InetSocketAddress; import java.net.Socket; // 断点续传客户端 public class FTPClient { /** * request:get0startIndex0 * response:fileLength0fileBinaryStream * * @param filepath * @throws Exception */ public void Get(String filepath) throws Exception { Socket socket = new Socket(); // 建立连接 socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888)); // 获取网络流 OutputStream out = socket.getOutputStream(); InputStream in = socket.getInputStream(); // 文件传输协定命令 byte[] cmd = "get".getBytes(); out.write(cmd); out.write(0);// 分隔符 int startIndex = 0; // 要发送的文件 File file = new File(filepath); if(file.exists()){ startIndex = (int) file.length(); } System.out.println("Client startIndex : " + startIndex); // 文件写出流 RandomAccessFile access = new RandomAccessFile(file,"rw"); // 断点 out.write(String.valueOf(startIndex).getBytes()); out.write(0); out.flush(); // 文件长度 int temp = 0; StringWriter sw = new StringWriter(); while((temp = in.read()) != 0){ sw.write(temp); sw.flush(); } int length = Integer.parseInt(sw.toString()); System.out.println("Client fileLength : " + length); // 二进制文件缓冲区 byte[] buffer = new byte[1024*10]; // 剩余要读取的长度 int tatol = length - startIndex; // access.skipBytes(startIndex); while (true) { // 如果剩余长度为0则结束 if (tatol == 0) { break; } // 本次要读取的长度假设为剩余长度 int len = tatol; // 如果本次要读取的长度大于缓冲区的容量 if (len > buffer.length) { // 修改本次要读取的长度为缓冲区的容量 len = buffer.length; } // 读取文件，返回真正读取的长度 int rlength = in.read(buffer, 0, len); // 将剩余要读取的长度减去本次已经读取的 tatol -= rlength; // 如果本次读取个数不为0则写入输出流，否则结束 if (rlength > 0) { // 将本次读取的写入输出流中 access.write(buffer, 0, rlength); } else { break; } System.out.println("finish : " + ((float)(length -tatol) / length) *100 + " %"); } System.out.println("finished!"); // 关闭流 access.close(); out.close(); in.close(); } public static void main(String[] args) { FTPClient client = new FTPClient(); try { client.Get("E:\\ceshi\\test\\mm.pdf"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }

测试原文件、下载中途断开的文件和从断点下载后的文件分别从左至右如下：

断点前的传输进度如下（中途省略）：

Client fileLength : 51086228 finish : 0.020044541 % finish : 0.040089082 % finish : 0.060133625 % finish : 0.07430574 % finish : 0.080178164 % ... finish : 60.41171 % finish : 60.421593 % finish : 60.428936 % finish : 60.448982 % finish : 60.454338 %

断开的点计算：30883840 / 51086228 = 0.604543361471119 * 100% = 60.45433614%

从断点后开始传的进度（中途省略）： Client startIndex : 30883840 Client fileLength : 51086228 finish : 60.474377 % finish : 60.494423 % finish : 60.51447 % finish : 60.53451 % finish : 60.554558 % ... finish : 99.922035 % finish : 99.942085 % finish : 99.95677 % finish : 99.96213 % finish : 99.98217 % finish : 100.0 % finished!

断点处前后的百分比计算如下：

============================下面是从断点开始的进度==============================

本方案是基于TCP，在本方案设计之初，我还探索了一下介于TCP与UDP之间的一个协议：UDT（基于UDP的可靠传输协议）。

我基于Netty写了相关的测试代码，用Wireshark拆包发现的确是UDP的包，而且是要建立连接的，与UDP不同的是需要建立连接，所说UDT的传输性能比TCP好，传输的可靠性比UDP好，属于两者的一个平衡的选择，感兴的可以深入研究一下。

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