通过HTTP协议实现多线程下载

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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：
       

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：
    

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。


  

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();  
                }  
            }  
        }  
    }  
}