很简单的Java断点续传实现原理

原理解析

在开发当中，“断点续传”这种功能很实用和常见，听上去也是比较有“逼格”的感觉。所以通常我们都有兴趣去研究研究这种功能是如何实现的？
以Java来说，网络上也能找到不少关于实现类似功能的资料。但是呢，大多数都是举个Demo然后贴出源码，真正对其实现原理有详细的说明很少。
于是我们在最初接触的时候，很可能就是直接Crtl + C/V代码，然后捣鼓捣鼓，然而最终也能把效果弄出来。但初学时这样做其实很显然是有好有坏的。
好处在于，源码很多，解释很少；如果我们肯下功夫，针对于别人贴出的代码里那些自己不明白的东西去查资料，去钻研。最终多半会收获颇丰。
坏处也很明显：作为初学者，面对一大堆的源码，感觉好多东西都很陌生，就很容易望而生畏。即使最终大致了解了用法，但也不一定明白实现原理。

我们今天就一起从最基本的角度切入，来看看所谓的“断点续传”这个东西是不是真的如此“高逼格”。
其实在接触一件新的“事物”的时候，将它拟化成一些我们本身比较熟悉的事物，来参照和对比着学习。通常会事半功倍。
如果我们刚接触“断点续传”这个概念，肯定很难说清楚个一二三。那么，“玩游戏”我们肯定不会陌生。

OK，那就假设我们现在有一款“通关制的RPG游戏”。想想我们在玩这类游戏时通常会怎么做？
很明显，第一天我们浴血奋战，大杀四方，假设终于来到了第四关。虽然激战正酣，但一看墙上的时钟，已经凌晨12点，该睡觉了。
这个时候就很尴尬了，为了能够在下一次玩的时候，顺利接轨上我们本次游戏的进度，我们应该怎么办呢？
很简单，我们不关掉游戏，直接去睡觉，第二天再接着玩呗。这样是可以，但似乎总觉着有哪里让人不爽。
那么，这个时候，如果这个游戏有一个功能叫做“存档”，就很关键了。我们直接选择存档，输入存档名“第四关”，然后就可以关闭游戏了。
等到下次进行游戏时，我们直接找到“第四关”这个存档，然后进行读档，就可以接着进行游戏了。

这个时候，所谓的“断点续传”就很好理解了。我们顺着我们之前“玩游戏”的思路来理一下：
假设，现在有一个文件需要我们进行下载，当我们下载了一部分的时候，出现情况了，比如：电脑死机、没电、网络中断等等。
其实这就好比我们之前玩游戏玩着玩着，突然12点需要去睡觉休息了是一个道理。OK，那么这个时候的情况是：

 • 如果游戏不能存档，那么则意味着我们下次游戏的时候，这次已经通过的4关的进度将会丢失，无法接档。
 • 对应的，如果“下载”的行为无法记录本次下载的一个进度。那么，当我们再次下载这个文件也就只能从头来过。
 话到这里，其实我们已经发现了，对于我们以上所说的行为，关键就在于一个字“续”！
而我们要实现让一种断开的行为“续”起来的目的，关键就在于要有“介质”能够记录和读取行为出现”中断”的这个节点的信息。

转化到编程世界

实际上这就是“断点续传”最最基础的原理，用大白话说就是：我们要在下载行为出现中断的时候，记录下中断的位置信息，然后在下次行为中读取。
有了这个位置信息之后，想想我们该怎么做。是的，很简单，在新的下载行为开始的时候，直接从记录的这个位置开始下载内容，而不再从头开始。
好吧，我们用大白话掰扯了这么久的原理，开始觉得无聊了。那么我们现在最后总结一下，然后就来看看我们应该怎么把原理转换到编程世界中去。

 • 当“上传(下载)的行为”出现中断，我们需要记录本次上传(下载)的位置(position)。
 • 当“续”这一行为开始，我们直接跳转到postion处继续上传(下载)的行为。 

显然问题的关键就在于所谓的“position”，以我们举的“通关游戏来说”，可以用“第几关”来作为这个position的单位。
那么转换到所谓的“断点续传”，我们该使用什么来衡量“position”呢？很显然，回归二进制，因为这里的本质无非就是文件的读写。

那么剩下的工作就很简单了，先是记录position，这似乎都没什么值得说的，因为只是数据的持久化而已(内存，文件，数据库)，我们有很多方式。

另一个关键在于当“续传”的行为开始，我们需要需要从上次记录的position位置开始读写操作，所以我们需要一个类似于“指针”功能的东西。
我们当然也可以自己想办法去实现这样一个“指针”，但高兴地是，Java已经为我们提供了这样的一个类，那就是RandomAccessFile。
这个类的功能从名字就很直观的体现了，能够随机的去访问文件。我们看一下API文档中对该类的说明：

此类的实例支持对随机访问文件的读取和写入。随机访问文件的行为类似存储在文件系统中的一个大型 byte 数组。

如果随机访问文件以读取/写入模式创建，则输出操作也可用；输出操作从文件指针开始写入字节，并随着对字节的写入而前移此文件指针。

写入隐含数组的当前末尾之后的输出操作导致该数组扩展。该文件指针可以通过 getFilePointer 方法读取，并通过 seek 方法设置。 

看完API说明，我们笑了，是的，这不正是我们要的吗？那好吧，我们磨刀磨了这么久了，还不去砍砍柴吗？

实例演示

既然是针对于文件的“断点续传”，那么很明显，我们先搞一个文件出来。也许音频文件，图像文件什么的看上去会更上档次一点。
但我们已经说了，在计算机大兄弟眼中，它们最终都将回归“二进制”。所以我们这里就创建一个简单的”txt”文件，因为txt更利于理解。

我们在D盘的根目录下创建一个名为”test.txt”的文件，文件内容很简单，如图所示：

没错，我们输入的内容就是简单的6个英语字母。然后我们右键→属性：

我们看到，文件现在的大小是6个字节。这也就是为什么我们说，所有的东西到最后还是离不开“二进制”。
是的，我们都明白，因为我们输入了6个英文字母，而1个英文字母将占据的存储空间是1个字节(即8个比特位)。
目前为止，我们看到的都很无聊，因为这基本等于废话，稍微有计算机常识的人都知道这些知识。别着急，我们继续。

在Java中对一个文件进行读写操作很简单。假设现在的需求如果是“把D盘的这个文件写入到E盘”，那么我们会提起键盘，啪啪啪啪，搞定！
但其实所谓的文件的“上传(下载)”不是也没什么不同吗？区别就仅仅在于行为由“仅仅在本机之间”转变成了”本机与服务器之间”的文件读写。
这时我们会说，“别逼逼了，这些谁都知道，‘断点续传'呢？“，其实到了这里也已经很简单了，我们再次明确，断点续传要做的无非就是：
前一次读写行为如果出现中断，请记录下此次读写完成的文件内容的位置信息；当“续传开始”则直接将指针移到此处，开始继续读写操作。

反复的强调原理，实际上是因为只要弄明白了原理，剩下的就只是招式而已了。这就就像武侠小说里的“九九归一” * 一样，最高境界就是回归本源。
任何复杂的事物，只要明白其原理，我们就能将其剥离，还原为一个个简单的事物。同理，一系列简单的事物，经过逻辑组合，就形成了复杂的事物。

下面，我们马上就将回归混沌，以最基本的形式模拟一次“断点续传”。在这里我们连服务器的代码都不去写了，直接通过一个本地测试类搞定。
我们要实现的效果很简单：将在D盘的”test.txt”文件写入到E盘当中，但中途我们会模拟一次”中断”行为，然后在重新继续上传，最终完成整个过程。
也就是说，我们这里将会把“D盘”视作一台电脑，并且直接将”E盘”视作一台服务器。那么这样我们甚至都不再与http协议扯上半毛钱关系了，（当然实际开发我们肯定是还是得与它扯上关系的 ^<^)，从而只关心最基本的文件读写的”断”和”续”的原理是怎么样的。

为了通过对比加深理解，我们先来写一段正常的代码，即正常读写，不发生中断：

public class Test {

public static void main(String[] args) {
 // 源文件与目标文件
 File sourceFile = new File("D:/", "test.txt");
 File targetFile = new File("E:/", "test.txt");
 // 输入输出流
 FileInputStream fis = null;
 FileOutputStream fos = null;
 // 数据缓冲区
 byte[] buf = new byte[1];

try {
  fis = new FileInputStream(sourceFile);
  fos = new FileOutputStream(targetFile);
  // 数据读写
  while (fis.read(buf) != -1) {
   System.out.println("write data...");
   fos.write(buf);
  }
 } catch (FileNotFoundException e) {
  System.out.println("指定文件不存在");
 } catch (IOException e) {
  // TODO: handle exception
 } finally {
  try {
   // 关闭输入输出流
   if (fis != null)
    fis.close();

if (fos != null)
    fos.close();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }

}
}
}

该段代码运行，我们就会发现在E盘中已经成功拷贝了一份“test.txt”。这段代码很简单，唯一稍微说一下就是:
我们看到我们将buf，即缓冲区 设置的大小是1，这其实就代表我们每次read，是读取一个字节的数据(即1个英文字母)。

现在，我们就来模拟这个读写中断的行为，我们将之前的代码完善如下：

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;

public class Test {

private static int position = -1;

public static void main(String[] args) {
 // 源文件与目标文件
 File sourceFile = new File("D:/", "test.txt");
 File targetFile = new File("E:/", "test.txt");
 // 输入输出流
 FileInputStream fis = null;
 FileOutputStream fos = null;
 // 数据缓冲区
 byte[] buf = new byte[1];

try {
  fis = new FileInputStream(sourceFile);
  fos = new FileOutputStream(targetFile);
  // 数据读写
  while (fis.read(buf) != -1) {
   fos.write(buf);
   // 当已经上传了3字节的文件内容时，网络中断了，抛出异常
   if (targetFile.length() == 3) {
    position = 3;
    throw new FileAccessException();
   }
  }
 } catch (FileAccessException e) {
  keepGoing(sourceFile,targetFile, position);
 } catch (FileNotFoundException e) {
  System.out.println("指定文件不存在");
 } catch (IOException e) {
  // TODO: handle exception
 } finally {
  try {
   // 关闭输入输出流
   if (fis != null)
    fis.close();

if (fos != null)
    fos.close();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }

}
}

private static void keepGoing(File source,File target, int position) {
 try {
  Thread.sleep(10000);
 } catch (InterruptedException e) {
  // TODO Auto-generated catch block
  e.printStackTrace();
 }

try {
  RandomAccessFile readFile = new RandomAccessFile(source, "rw");
  RandomAccessFile writeFile = new RandomAccessFile(target, "rw");
  readFile.seek(position);
  writeFile.seek(position);

// 数据缓冲区
  byte[] buf = new byte[1];
  // 数据读写
  while (readFile.read(buf) != -1) {
   writeFile.write(buf);
  }
 } catch (FileNotFoundException e) {
  // TODO Auto-generated catch block
  e.printStackTrace();
 } catch (IOException e) {
  // TODO Auto-generated catch block
  e.printStackTrace();
 }
}

}

class FileAccessException extends Exception {

}

总结一下，我们在这次改动当中都做了什么工作：

 • 首先，我们定义了一个变量position，记录在发生中断的时候，已完成读写的位置。（这是为了方便，实际来说肯定应该讲这个值存到文件或者数据库等进行持久化）
 • 然后在文件读写的while循环中，我们去模拟一个中断行为的发生。这里是当targetFile的文件长度为3个字节则模拟抛出一个我们自定义的异常。(我们可以想象为实际下载中，已经上传(下载)了”x”个字节的内容，这个时候网络中断了，那么我们就在网络中断抛出的异常中将”x”记录下来)。
 • 剩下的就如果我们之前说的一样，在“续传”行为开始后，通过RandomAccessFile类来包装我们的文件，然后通过seek将指针指定到之前发生中断的位置进行读写就搞定了。
（实际的文件下载上传，我们当然需要将保存的中断值上传给服务器，这个方式通常为httpConnection.setRequestProperty(“RANGE”,”bytes=x”);）

在我们这段代码，开启”续传“行为，即keepGoing方法中：我们起头让线程休眠10秒钟，这正是为了让我们运行程序看到效果。
现在我们运行程序，那么文件就会开启“由D盘上传到E盘的过程”，我们首先点开E盘，会发现的确多了一个test.txt文件，打开它发现内容如下：

没错，这个时候我们发现内容只有“abc”。这是在我们预料以内的，因为我们的程序模拟在文件上传了3个字节的时候发生了中断。

Ok，我们静静的等待10秒钟过去，然后再点开该文件，看看是否能够成功：

通过截图我们发现内容的确已经变成了“abc”，由此也就完成了续传。