断点续传的原理
2013年05月19日
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断点续传是大型文件数据传输的核心。本文将以多线程技术和Socket技术为依托，介绍大型文件断点续传的实现方法。
基本实现思想
多线程断点续传实现的基本思想就是在发送端（也称客户端）将要传输的文件分割为大小相当的多块，用多个线程，将这些块同时向目标服务器端发送；在服务器端的服务程序监听数据传输请求，每当接到新的请求，则创建一个新的线程，与客户端的发送线程对应，接收数据，记录数据传输进程
图1是点对点文件断点续传第N块传输过程示意图。在传输发起端（客户端），将大型文件事先分割为大小相当的N块，同时创建N个传输线程，连接目标端服务器。当服务器端接收到每一个连接请求后，告知客户端可以传输文件。当客户端接收到可以传输文件的消息时，首先向服务器发送数据传输信息块（包括第几块、在块中的起始位置）请求，当服务器端接收到该请求后，向客户端发送数据传输信息，客户端然后传输数据传输信息块指定的数据给服务器端，服务器端更新数据传输信息块。
(一)断点续传的原理
其实断点续传的原理很简单，就是在Http的请求上和一般的下载有所不同而已。
打个比方，浏览器请求服务器上的一个文时，所发出的请求如下：
假设服务器域名为wwww.sjtu.edu.cn，文件名为down.zip。
GET /down.zip HTTP/1.1
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/vnd.ms-
excel, application/msword, application/vnd.ms-powerpoint, */*
Accept-Language: zh-cn
Accept-Encoding: gzip, deflate
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 5.01; Windows NT 5.0)
Connection: Keep-Alive
服务器收到请求后，按要求寻找请求的文件，提取文件的信息，然后返回给浏览器，返回信息如下：
200
Content-Length=106786028
Accept-Ranges=bytes
Date=Mon, 30 Apr 2001 12:56:11 GMT
ETag=W/"02ca57e173c11:95b"
Content-Type=application/octet-stream
Server=Microsoft-IIS/5.0
Last-Modified=Mon, 30 Apr 2001 12:56:11 GMT
所谓断点续传，也就是要从文件已经下载的地方开始继续下载。所以在客户端浏览器传给
Web服务器的时候要多加一条信息--从哪里开始。
下面是用自己编的一个"浏览器"来传递请求信息给Web服务器，要求从2000070字节开始。
GET /down.zip HTTP/1.0
User-Agent: NetFox
RANGE: bytes=2000070-
Accept: text/html, image/gif, image/jpeg, *; q=.2, */*; q=.2
仔细看一下就会发现多了一行RANGE: bytes=2000070-
这一行的意思就是告诉服务器down.zip这个文件从2000070字节开始传，前面的字节不用传了。
服务器收到这个请求以后，返回的信息如下：
206
Content-Length=106786028
Content-Range=bytes 2000070-106786027/106786028
Date=Mon, 30 Apr 2001 12:55:20 GMT
ETag=W/"02ca57e173c11:95b"
Content-Type=application/octet-stream
Server=Microsoft-IIS/5.0
Last-Modified=Mon, 30 Apr 2001 12:55:20 GMT
和前面服务器返回的信息比较一下，就会发现增加了一行：
Content-Range=bytes 2000070-106786027/106786028
返回的代码也改为206了，而不再是200了。
知道了以上原理，就可以进行断点续传的编程了。
(二)Java实现断点续传的关键几点
(1)用什么方法实现提交RANGE: bytes=2000070-。
当然用最原始的Socket是肯定能完成的，不过那样太费事了，其实Java的net包中提供了这种功能。代码如下：
URL url = new URL("http://www.sjtu.edu.cn/down.zip");
HttpURLConnection httpConnection = (HttpURLConnection)url.openConnection
();
//设置User-Agent
httpConnection.setRequestProperty("User-Agent","NetFox");
//设置断点续传的开始位置
httpConnection.setRequestProperty("RANGE","bytes=2000070");
//获得输入流
InputStream input = httpConnection.getInputStream();
从输入流中取出的字节流就是down.zip文件从2000070开始的字节流。
大家看，其实断点续传用Java实现起来还是很简单的吧。
接下来要做的事就是怎么保存获得的流到文件中去了。
保存文件采用的方法。
我采用的是IO包中的RandAccessFile类。
操作相当简单，假设从2000070处开始保存文件，代码如下：
RandomAccess oSavedFile = new RandomAccessFile("down.zip","rw");
long nPos = 2000070;
//定位文件指针到nPos位置
oSavedFile.seek(nPos);
byte[] b = new byte[1024];
int nRead;
//从输入流中读入字节流，然后写到文件中
while((nRead=input.read(b,0,1024)) > 0)
{
oSavedFile.write(b,0,nRead);
}
怎么样，也很简单吧。
接下来要做的就是整合成一个完整的程序了。包括一系列的线程控制等等。
(三)断点续传内核的实现
主要用了6个类，包括一个测试类。
SiteFileFetch.java负责整个文件的抓取，控制内部线程(FileSplitterFetch类)。
FileSplitterFetch.java负责部分文件的抓取。
FileAccess.java负责文件的存储。
SiteInfoBean.java要抓取的文件的信息，如文件保存的目录，名字，抓取文件的URL等。
Utility.java工具类，放一些简单的方法。
TestMethod.java测试类。
下面是源程序：
/*
**SiteFileFetch.java
*/
package NetFox;
import java.io.*;
import java.net.*;
public class SiteFileFetch extends Thread {
SiteInfoBean siteInfoBean = null; //文件信息Bean
long[] nStartPos; //开始位置
long[] nEndPos; //结束位置
FileSplitterFetch[] fileSplitterFetch; //子线程对象
long nFileLength; //文件长度
boolean bFirst = true; //是否第一次取文件
boolean bStop = false; //停止标志
File tmpFile; //文件下载的临时信息
DataOutputStream output; //输出到文件的输出流
public SiteFileFetch(SiteInfoBean bean) throws IOException
{
siteInfoBean = bean;
//tmpFile = File.createTempFile ("zhong","1111",new File(bean.getSFilePath()));
tmpFile = new File(bean.getSFilePath()+File.separator + bean.getSFileName()+".info");
if(tmpFile.exists ())
{
bFirst = false;
read_nPos();
}
else
{
nStartPos = new long[bean.getNSplitter()];
nEndPos = new long[bean.getNSplitter()];
}
}
public void run()
{
//获得文件长度
//分割文件
//实例FileSplitterFetch
//启动FileSplitterFetch线程
//等待子线程返回
try{
if(bFirst)
{
nFileLength = getFileSize();
if(nFileLength == -1)
{
System.err.println("File Length is not known!");
}
else if(nFileLength == -2)
{
System.err.println("File is not access!");
}
else
{
for(int i=0;i new FileSplitterFetch( siteInfoBean.getSSiteURL(),
siteInfoBean.getSFilePath() + File.separator + siteInfoBean.getSFileName(),
nStartPos[i],nEndPos[i],i);
Utility.log( " Thread " + i + " , nStartPos =" + nStartPos[i]+", nEndPos = " + nEndPos[i]);
fileSplitterFetch[i].start();
}
// fileSplitterFetch[nPos.length-1] = new FileSplitterFetch(siteInfoBean.getSSiteURL(),
siteInfoBean.getSFilePath() + File.separator + siteInfoBean.getSFileName() , nPos[nPos.length-1], nFileLength, nPos.length-1);
// Utility.log("Thread " + (nPos.length-1 ) + " , nStartPos = " + nPos[nPos.length-1] + ",
nEndPos = " + nFileLength);
// fileSplitterFetch[nPos.length-1].start();
//等待子线程结束
//int count = 0;
//是否结束while循环
boolean breakWhile = false;
while(!bStop)
{
write_nPos();
Utility.sleep(500);
breakWhile = true;
for(int i=0;i4)
// siteStop();
}
System.err.println("文件下载结束！");
}
catch(Exception e){e.printStackTrace ();}
}
//获得文件长度
public long getFileSize()
{
int nFileLength = -1;
try{
URL url = new URL(siteInfoBean.getSSiteURL());
HttpURLConnection httpConnection = (HttpURLConnection)url.openConnection ();
httpConnection.setRequestProperty("User-Agent","NetFox");
int responseCode=httpConnection.getResponseCode();
if(responseCode>=400)
{
processErrorCode(responseCode);
return -2; //-2 represent access is error
}
String sHeader;
for(int i=1;;i++)
{
//DataInputStream in = new DataInputStream(httpConnection.getInputStream ());
//Utility.log(in.readLine());
sHeader=httpConnection.getHeaderFieldKey(i);
if(sHeader!=null)
{
if(sHeader.equals("Content-Length"))
{
nFileLength = Integer.parseInt(httpConnection.getHeaderField(sHeader));
break;
}
}
else
break;
}
}
catch(IOException e){e.printStackTrace ();}
catch(Exception e){e.printStackTrace ();}
Utility.log(nFileLength);
return nFileLength;
}
//保存下载信息（文件指针位置）
private void write_nPos()
{
try{
output = new DataOutputStream(new FileOutputStream(tmpFile));
output.writeInt(nStartPos.length);
for(int i=0;iDataInputStream(new FileInputStream(tmpFile));
int nCount = input.readInt();
nStartPos = new long[nCount];
nEndPos = new long[nCount];
for(int i=0;i 0 & & nStartPos < nEndPos && !bStop)
{
nStartPos += fileAccessI.write(b,0,nRead);
//if(nThreadID == 1)
// Utility.log("nStartPos = " + nStartPos + ", nEndPos = " + nEndPos);
}
Utility.log("Thread " + nThreadID + " is over!");
bDownOver = true;
//nPos = fileAccessI.write (b,0,nRead);
}
catch(Exception e){e.printStackTrace ();}
}
}
//打印回应的头信息
public void logResponseHead(HttpURLConnection con)
{
for(int i=1;;i++)
{
String header=con.getHeaderFieldKey(i);
if(header!=null)
//responseHeaders.put(header,httpConnection.getHeaderField(header));
Utility.log(header+" : "+con.getHeaderField(header));
else
break;
}
}
public void splitterStop()
{
bStop = true;
}
}
/*
**FileAccess.java
*/
package NetFox;
import java.io.*;
public class FileAccessI implements Serializable{
RandomAccessFile oSavedFile;
long nPos;
public FileAccessI() throws IOException
{
this("",0);
}
public FileAccessI(String sName,long nPos) throws IOException
{
oSavedFile = new RandomAccessFile(sName,"rw");
this.nPos = nPos;
oSavedFile.seek(nPos);
}
public synchronized int write(byte[] b,int nStart,int nLen)
{
int n = -1;
try{
oSavedFile.write(b,nStart,nLen);
n = nLen;
}
catch(IOException e)
{
e.printStackTrace ();
}
return n;
}
}
/*
**SiteInfoBean.java
*/
package NetFox;
public class SiteInfoBean {
private String sSiteURL; //Site's URL
private String sFilePath; //Saved File's Path
private String sFileName; //Saved File's Name
private int nSplitter; //Count of Splited Downloading File
public SiteInfoBean()
{
//default value of nSplitter is 5
this("","","",5);
}
public SiteInfoBean(String sURL,String sPath,String sName,int nSpiltter)
{
sSiteURL= sURL;
sFilePath = sPath;
sFileName = sName;
this.nSplitter = nSpiltter;
}
public String getSSiteURL()
{
return sSiteURL;
}
public void setSSiteURL(String value)
{
sSiteURL = value;
}
public String getSFilePath()
{
return sFilePath;
}
public void setSFilePath(String value)
{
sFilePath = value;
}
public String getSFileName()
{
return sFileName;
}
public void setSFileName(String value)
{
sFileName = value;
}
public int getNSplitter()
{
return nSplitter;
}
public void setNSplitter(int nCount)
{
nSplitter = nCount;
}
}
/*
**Utility.java
*/
package NetFox;
public class Utility {
public Utility()
{
}
public static void sleep(int nSecond)
{
try{
Thread.sleep(nSecond);
}
catch(Exception e)
{
e.printStackTrace ();
}
}
public static void log(String sMsg)
{
System.err.println(sMsg);
}
public static void log(int sMsg)
{
System.err.println(sMsg);
}
}
/*
**TestMethod.java
*/
package NetFox;
public class TestMethod {
public TestMethod()
{ ///xx/weblogic60b2_win.exe
try{
SiteInfoBean bean = new SiteInfoBean("http://localhost/xx/weblogic60b2_win.exe"," L: emp","weblogic60b2_win.exe",5);
//SiteInfoBean bean = new SiteInfoBean("http://localhost:8080/down.zip"," L: emp","weblogic60b2_win.exe",5);
SiteFileFetch fileFetch = new SiteFileFetch(bean);
fileFetch.start();
}
catch(Exception e){e.printStackTrace ();}
}
public static void main(String[] args)
{
new TestMethod();
}
}
一，最重要的一点，断点续传需要服务器的支持，这个是必要条件。
传统的FTP SERVER是不支持断点续传的，因为它不支持REST指令，传统的FTP指令（我是指服务器端指令）并不包括REST指令。
第二，客户端要知道使用REST等一系列指令来作断点续传。
看看断点续传的详细过程（FTP SERVER）：
首先客户端使用REST指令来告诉FTP SERVER它需要从文件的某个点开始传，接着用STOR或者RETR命令开始传文件，大概的命令的流程如下：
TYPE I
200 Type set to I.
PASV
227 Entering Passive Mode (204,48,18,69,98,250)
REST 187392
350 Restarting at 187392. Send STORE or RETRIEVE to initiate transfer.
RETR /pub/audio/pci/maestro-3/win2k/1056.zip
150 Opening BINARY mode data connection for /pub/audio/pci/maestro-3/win2k/1056.zip (936098 bytes).
首先使用TYPE命令告诉FTP SERVER使用BINARY模式传送文件；
然后使用PASV命令告诉FTP SERVER使用被动打开模式来传送文件；
接着使用REST 187392指令告诉FTP SERVER要从文件的187392字节开始传送；
最后使用RETR指令来传送文件。
从上面可以看出，这个FTP SERVER支持REST指令，有的FTP SERVER（特别的老的）是不支持这个指令的，这时即使FTP CLIENT支持断点续传也一点用都没有！
支持断点的FTP SERVER：Serv-U FTP，还有一系列的新出现的FTP SERVER；
不支持断点的：IIS4以前版本所带的都不行，IIS5 有，不家可以测试一下，登录进FTP SERVER，然后输入REST 1000命令，看服务器是否认识，认识就是支持断点。
上面说的是FTP SERVER的断点，HTTP的断点续传是这样的：
在以前版本的HTTP SERVER也是不支持断点的，HTTP/1.1开始就支持了，具体如下：
在HTTP请求的头部信息里面，通常是这样的：
GET http://xxx.xxx.xxx.xxx/index.html HTTP/1.1
Host:www.163.net
Accept:*/*
上面是HTTP请求头的主要内容，是浏览器等客户端发给HTTP SERVER的信息。
在这个请求头里面，第一行叫做Request Line，GET叫做请求方法（通常得到一个HTML页面都是用GET，CGI等请求是用POST），http://bbs.netbuddy.org/index.html是URL，HTTP/1.1为版本号。
Host:bbs.netbuddy.org是HTTP服务器名字，这也是HTTP/1.1的新东东，以前做虚拟主机可是要一个主机名对应多个IP，现在好了
呵呵，这个离题太远，不说了）
要做断点续传，浏览器等客户端需要在请求头里面发送
Range: bytes=1140736-
这样的请求，就是告诉HTTP SERVER，这个文件要从1140736字节开始传送。
最 后一点，大家看了上面的描述可能会有一个问题，那么多点传送怎么做呢？那就是多起几个线程，连接到服务器，用断点指令来传送文件，在传送的过程中，会检查 前面的（比如说第一个蚂蚁）得到的文件的部分是否超过了后面的（比如说第二个蚂蚁）的起点，相等就停前面的蚂蚁，最后再合并几个部分，就得到一个完整的文 件了
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C版本实现方式:
3 具体实现
在实现过程中我使用了MFC的多线程和Windows的Socket，分客户端和服务器端实现。因为数据传输往往是对等的，所以需要将客户端和服务器端集成在一起，在客户端和服务器端分别实现后，这是件非常简单的工作，只需将它们集成在一起即可。下面将分别介绍客户端和服务器端的实现。
3.1 关键数据结构
文件信息数据结构 用于在服务器端和客户端之间传递文件第N块的属性信息，详细定义如下：
structfileinfo
{
int fileno; //文件号
int type; //消息类别
long len; //文件（块）长度，在客户端向服务器端发送数据时，是文件长度；
//在服务器端向客户端发送已传部分的信息时，是应该续传部分的长度；
long seek; //开始位置，标识要传输数据在原文件中的起始位置
char name[MAX_PATH_LEN];//文件名
};
发送进度记录结构 用户记录文件传输进程，详细定义如下：
structSentInfo
{
long totle; //已经成功发送数据的长度；
int block; //块标识；
long filelen; //文件总长度；
int threadno; //负责传输第N块数据的线程标识；
CString name; //文件名称
};
客户端类 客户端文件发送实例封装，用户记录客户端文件发送过程中的属性信息、已发送大小、发送线程句柄、发送线程状态、发送统计信息等，具体定义是：
classCClient:publicCObject
{
protected:
//Attributes
public:
CClient(CString ip);
~CClient();
SentInfo doinfo;
long m_index; //块索引
BOOL sendOk[BLOCK]; //块发送结束状态
CString SendFileName;
CString DestIp; //目标IP地址
THREADSTATUS SendStatus;
int GetBlockIndex(); //获取当前要传输文件块的序号，例如0,1,2…
CCriticalSection m_gCS;
