通过HTTP协议实现多线程下载

1. 基本原理,每条线程从文件不同的位置开始下载,最后合并出完整的数据。 

2. 使用多线程下载的好处 
    下载速度快。为什么呢?很好理解,以往我是一条线程在服务器上下载。也就是说,对应在服务器上,有一个我的下载线程存在。 
    这时候肯定不只我一个人在下载,服务器上肯定同时存在多条下载线程,在下载服务器资源。对于 CPU 来说,不可能实现并发执行。 
    CPU 会公平的为这些线程划分时间片,轮流执行,a线程十毫秒 , b线程十毫秒… 
    假设运用了本文这种手法,意味着我的下载应用,可以同时使用服务器端的任意多条线程同时下载(理论上). 
    假设这个线程数目是 50 条,本应用就将更多的得到服务器 CPU 的照顾超过 50 倍. 
    但是总归会受本地网络速度的限制。 

3. 每条线程要负责下载的数据长度可以用 “下载数据的总长度” 除以 “参与下载的线程总数” 来计算。但是要考虑到不能整除的情况。 
    假设有 5 条线程参与下载,那么计算公式应该为 : 
            int block = 数据总长度%线程数 == 0? 10/3 : 10/3+1; (不能整除,则加一) 

4. 和数据库分页查询类型。每条线程需要知道自己从数据的什么位置开始下载,下载到什么位置为止。 
   首先,为每一个线程配备一个 id , id 从零开始,为 0 1 2 3… 
   开始位置:线程 id 乘以每条线程负责下载的数据长度. 
   结束位置:下一个线程开始位置的前一个位置。 
   如: 
      int startPosition =  线程id * 每条线程下载的数据长度 
      int endPosition = (线程id + 1) * 每条线程下载的数据长度 -1; 
        
5. HTTP 协议的 Range 头可以指定从文件的什么位置开始下载,下载到什么位置结束。单位为 1byte 
   Range:bytes=2097152-4194304 表示从文件的 2M 的位置开始下载,下载到 4M 处结束 
   假如 Range 指定要读取到 文件的 5104389 的字节数位置,但是下载的文件本身只有 4104389 个长度。那么下载操作自动会在 4104389 处停止。 
   因此不会下载到多余的无效数据. 

6. 另一个难题是如何按顺序将数据写往本地文件。因为,线程是同步执行的,它们同时在往本地目标文件写入数据。
   而线程于线程之间写入的数据并没有按照下载数据本身的顺序。若按照普通的 OutputStream 的写入方式,最后的本地下载文件将失真。 
   于是我们将用到下面这个类: 
     java.io.RandomAccessFile 
     因为此类同时实现了 DataOutput 和 DataInput 的方法。使他们同时具有写入和读取功能。 
     这个类仿佛存在一个类似文件指针的东西,可以随意执行文件的任意一个位置开始读写. 
     因此此类的实例支持对随机访问文件的读取和写入. 
     
     例如: 
       

Java代码  收藏代码

File file = new File("1.txt");  
        RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile(file,"rwd");  
        accessFile.setLength(1024);  

    
    虽然,执行完这段代码后,我们还没有向目标文件 "1.txt" 写入任何数据。但是如果此时查看其大小,已经为 1kb 了。这是我们自己设置的大小。 
    这个操作类似于向这个文件存储了一个大型的 byte 数组。这个数组将这个文件撑到指定大小。等待被填满。 
    既然是这样,好处就在于,我们可以通过 “索引” 随机访问此文件系统的某个部分。 
    例如,可能这个文件大小为 500 
    那么,我的业务需求可能需要第一次 从 300 位置开始写数据,写到 350 为止。 
    第二次,我又从 50 开始写数据,写到 100 为止。 
    总之,我不是 “一次性” 的 “按顺序” 的将这个文件写完。 
    那么,RandomAccessFile 可以支持这种操作。 
     
     API 
      void setLength(long newLength) 
          Sets the length of this file. (设置文件的预计大小) 
      void seek(long pos) 
          Sets the file-pointer offset, measured from the beginning of this file, at which the next read or write occurs. 
          假设为这个方法传入 1028 这个参数,表示,将从文件的 1028 位置开始写入。 
      void write(byte[] b, int off, int len) 
          Writes len bytes from the specified byte array starting at offset off to this file. 
      write(byte[] b) 
          Writes b.length bytes from the specified byte array to this file, starting at the current file pointer. 
      void writeUTF(String str) 
          Writes a string to the file using modified UTF-8 encoding in a machine-independent manner. 
       String readLine() 
          Reads the next line of text from this file. 

      实验代码: 
     

Java代码  收藏代码

public static void main(String[] args) throws Exception {  
  
 File file = new File("1.txt");   
  
RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile(file,"rwd");  
  
 /* 设置文件为 3 个字节大小 */  
  
 accessFile.setLength(3);  
  
 /* 向第二个位置写入 ‘2’ */  
  
 accessFile.seek(1);  
  
 accessFile.write("2".getBytes());  
  
 /* 向第一个位置写入 ‘1’ */   
  
accessFile.seek(0); accessFile.write("1".getBytes());   
  
/* 向第三个位置写入 ‘3’ */  
  
 accessFile.seek(2);   
  
accessFile.write("3".getBytes()); accessFile.close();   
  
// 期待文件的内容为 :123  
  
 }   

    
    以上实验成功,虽然我们写入字符串的顺序为 "2"、"1"、"3",但是因为设置了文件偏移量的关系,文件最终保存的数据为 : 123 
    另一个疑问,写完这三个数据,文件的大小已经为 3 个字节大小了。已经撑满了写入的数据,那么我们继续往里面放数据会有什么效果? 
    
    /* 向超出大小的第四个字节位置写入数据 */ 
    accessFile.seek(3); 
    accessFile.write("400".getBytes()); 
    
    以上代码无论 seek 方法指定的文件指针偏移量以及存入的数据,都已经超出了最开始为文件设定的 3 个字节的大小。 
    按照我的猜测,至少 “accessFile.seek(3)” 位置会抛出 "ArrayIndexOutOfBoundsException" 异常,表示下标越界。 
    而,单独执行 "accessFile.write("400".getBytes())" 应该可以成功。因为这个需求属于合理的,应该有执行它的机制。 
    实验结果是两句代码都是成功的。貌似是说明,文件隐含的大型的字节数组,可以自动撑大。 
    
    但是要注意的问题是,必须要保证所设定的文件大小的每一个位置都具有合法的数据,至少不能为空。 
    例如: 
        /* 向第三个位置写入 ‘3’  */ 
        accessFile.seek(2); 
        accessFile.write("3".getBytes()); 
        
        accessFile.seek(5); 
        accessFile.write("400".getBytes()); 
    那么结合之前的代码,最后的结果为: 
        123口口400 
    在空白的两个位置处出现了乱码。这是理所应当的。 
    
    另外,假设我们为文件指定了一百个长度: 
        accessFile.setLength(100); 
    而,实际上,我们只为其前五个位置设置了值。那么理所当然的是,文件保存的数据,最后会缀上 95 个乱码。 
    
7. 准备工作应该十分充分了。接下来上代码。 

   

Java代码  收藏代码

import java.io.File;    
import java.io.IOException;    
import java.io.InputStream;    
import java.io.RandomAccessFile;    
import java.net.HttpURLConnection;    
import java.net.URL;    
/**  
 * 多线程方式文件下载  
 */    
public class MulThreadDownload {    
    /* 下载的URL */    
    private URL downloadUrl;    
    /* 用于保存的本地文件 */    
    private File localFile;    
    /* 没条线程下载的数据长度 */    
    private int block;    
    public static void main(String[] args) {    
        /* 可以为网络上任意合法下载地址 */    
        String downPath = “http://192.168.1.102:8080/myvideoweb/down.avi”;    
        MulThreadDownload threadDownload = new MulThreadDownload();    
        /* 开 10 条线程下载下载 */    
        try {    
            threadDownload.download(downPath, 10);    
        } catch (Exception e) {    
            e.printStackTrace();    
        }    
    }    
    /**  
     * 多线程文件下载  
     *   
     * @param path 下载地址  
     * @param threadCount 线程数  
     */    
    public void download(String path, int threadCount) throws Exception {    
        downloadUrl = new URL(path);    
        HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) downloadUrl    
                .openConnection();    
        /* 设置 GET 请求方式 */    
        conn.setRequestMethod(“GET”);    
        /* 设置响应时间超时为 5 秒 */    
        conn.setConnectTimeout(5 * 1000);    
        /* 获取本地文件名 */    
        String filename = parseFilename(path);    
        /* 获取下载文件的总大小 */    
        int dataLen = conn.getContentLength();    
        if (dataLen < 0) {    
            System.out.println(“获取数据失败”);    
            return;    
        }    
        /* 创建本地目标文件,并设置其大小为准备下载文件的总大小 */    
        localFile = new File(filename);    
        RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile(localFile, “rwd”);    
        /* 这时候,其实本地目录下,已经创建好了一个大小为下载文件的总大小的文件 */    
        accessFile.setLength(dataLen);    
        accessFile.close();    
        /* 计算每条线程要下载的数据大小 */    
        block = dataLen % threadCount == 0 ? dataLen / threadCount : dataLen / threadCount + 1;    
        /* 启动线程下载文件 */    
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {    
            new DownloadThread(i).start();    
        }    
    }    
    /**  
     * 解析文件  
     */    
    private String parseFilename(String path) {    
        return path.substring(path.lastIndexOf(“/”) + 1);    
    }    
    /**  
     * 内部类: 文件下载线程类  
     */    
    private final class DownloadThread extends Thread {    
        /* 线程 id */    
        private int threadid;    
        /* 开始下载的位置 */    
        private int startPosition;    
        /* 结束下载的位置 */    
        private int endPosition;    
        /**  
         * 新建一个下载线程  
         * @param threadid 线程 id  
         */    
        public DownloadThread(int threadid) {    
            this.threadid = threadid;    
            startPosition = threadid * block;    
            endPosition = (threadid + 1) * block – 1;    
        }    
        @Override    
        public void run() {    
            System.out.println(“线程 ‘” + threadid + “‘启动下载..”);    
                
            RandomAccessFile accessFile = null;    
            try {    
                /* 设置从本地文件的什么位置开始写入数据 ,”rwd” 表示对文件具有读写删权限 */    
                accessFile = new RandomAccessFile(localFile, “rwd”);    
                accessFile.seek(startPosition);    
                HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) downloadUrl.openConnection();    
                conn.setRequestMethod(“GET”);    
                conn.setReadTimeout(5 * 1000);    
                /* 为 HTTP 设置 Range 属性,可以指定服务器返回数据的范围 */    
                conn.setRequestProperty(“Range”, “bytes=” + startPosition + “-”    
                        + endPosition);    
                /* 将数据写往本地文件 */    
                writeTo(accessFile, conn);    
                    
                System.out.println(“线程 ‘” + threadid + “‘完成下载”);    
            } catch (IOException e) {    
                e.printStackTrace();    
            } finally {    
                try {    
                    if(accessFile != null) {    
                        accessFile.close();    
                    }    
                 } catch (IOException ex) {    
                     ex.printStackTrace();    
                 }    
            }    
        }    
        /**  
         * 将下载数据写往本地文件  
         */    
        private void writeTo(RandomAccessFile accessFile,    
                HttpURLConnection conn){    
            InputStream is = null;    
            try {    
                is = conn.getInputStream();    
                byte[] buffer = new byte[1024];    
                int len = –1;    
                while ((len = is.read(buffer)) != –1) {    
                    accessFile.write(buffer, 0, len);    
                }    
            } catch (IOException e) {    
                e.printStackTrace();    
            } finally {    
                try {    
                    if(is != null) {    
                        is.close();    
                    }     
                } catch (Exception ex) {    
                    ex.printStackTrace();    
                }    
            }    
        }    
    }    
}    

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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