Flutter-Http分块下载与断点续传知识

本文来自笔者所著《Flutter实战》,读者也可以点击查看在线电子版。

基础知识

Http协议定义了分块传输的响应header字段，但具体是否支持取决于Server的实现，我们可以指定请求头的"range"字段来验证服务器是否支持分块传输。例如，我们可以利用curl命令来验证：

bogon:~ duwen$ curl -H "Range: bytes=0-10" http://download.dcloud.net.cn/HBuilder.9.0.2.macosx_64.dmg -v
# 请求头
> GET /HBuilder.9.0.2.macosx_64.dmg HTTP/1.1
> Host: download.dcloud.net.cn
> User-Agent: curl/7.54.0
> Accept: */*
> Range: bytes=0-10
#响应头
< HTTP/1.1 206 Partial Content
< Content-Type: application/octet-stream
< Content-Length: 11
< Connection: keep-alive
< Date: Thu, 21 Feb 2019 06:25:15 GMT
< Content-Range: bytes 0-10/233295878

我们在请求头中添加"Range: bytes=0-10"的作用是，告诉服务器本次请求我们只想获取文件0-10(包括10，共11字节)这块内容。如果服务器支持分块传输的话，则响应状态码为206，表示“部分内容”，并且同时响应头中变会包含”Content-Range“字段，如果不支持则不会包含，我们看看上面"Content-Range"的内容：

Content-Range: bytes 0-10/233295878

0-10表示本次返回的区块，233295878代表文件的总长度，单位都是byte, 也就是该文件大概233M多一点。
实现
综上所述，我们可以设计一个简单的多线程的文件分块下载器，实现的思路是：

先检测是否支持分块传输，如果不支持，则直接下载；若支持，则将剩余内容分块下载。
各个分块下载时保存到各自临时文件，等到所有分块下载完后合并临时文件。
删除临时文件。

下面是整体的流程：

// 通过第一个分块请求检测服务器是否支持分块传输  
Response response = await downloadChunk(url, 0, firstChunkSize, 0);
if (response.statusCode == 206) {    //如果支持
    //解析文件总长度，进而算出剩余长度
    total = int.parse(
        response.headers.value(HttpHeaders.contentRangeHeader).split("/").last);
    int reserved = total -
        int.parse(response.headers.value(HttpHeaders.contentLengthHeader));
    //文件的总块数(包括第一块)
    int chunk = (reserved / firstChunkSize).ceil() + 1;
    if (chunk > 1) {
        int chunkSize = firstChunkSize;
        if (chunk > maxChunk + 1) {
            chunk = maxChunk + 1;
            chunkSize = (reserved / maxChunk).ceil();
        }
        var futures = <Future>[];
        for (int i = 0; i < maxChunk; ++i) {
            int start = firstChunkSize + i * chunkSize;
            //分块下载剩余文件  
            futures.add(downloadChunk(url, start, start + chunkSize, i + 1));
        }
        //等待所有分块全部下载完成
        await Future.wait(futures);
    }
    //合并文件文件  
    await mergeTempFiles(chunk);
}

下面我们使用Flutter下著名的Http库dio的download API 实现downloadChunk：

//start 代表当前块的起始位置，end代表结束位置
//no 代表当前是第几块
Future<Response> downloadChunk(url, start, end, no) async {
  progress.add(0); //progress记录每一块已接收数据的长度
  --end;
  return dio.download(
    url,
    savePath + "temp$no", //临时文件按照块的序号命名，方便最后合并
    onReceiveProgress: createCallback(no), // 创建进度回调，后面实现
    options: Options(
      headers: {"range": "bytes=$start-$end"}, //指定请求的内容区间
    ),
  );
}

接下来实现mergeTempFiles:

Future mergeTempFiles(chunk) async {
  File f = File(savePath + "temp0");
  IOSink ioSink= f.openWrite(mode: FileMode.writeOnlyAppend);
  //合并临时文件  
  for (int i = 1; i < chunk; ++i) {
    File _f = File(savePath + "temp$i");
    await ioSink.addStream(_f.openRead());
    await _f.delete(); //删除临时文件
  }
  await ioSink.close();
  await f.rename(savePath); //合并后的文件重命名为真正的名称
}

下面我们看一下完整实现：

/// Downloading by spiting as file in chunks
Future downloadWithChunks(
  url,
  savePath, {
  ProgressCallback onReceiveProgress,
}) async {
  const firstChunkSize = 102;
  const maxChunk = 3;

  int total = 0;
  var dio = Dio();
  var progress = <int>[];

  createCallback(no) {
    return (int received, _) {
      progress[no] = received;
      if (onReceiveProgress != null && total != 0) {
        onReceiveProgress(progress.reduce((a, b) => a + b), total);
      }
    };
  }

  Future<Response> downloadChunk(url, start, end, no) async {
    progress.add(0);
    --end;
    return dio.download(
      url,
      savePath + "temp$no",
      onReceiveProgress: createCallback(no),
      options: Options(
        headers: {"range": "bytes=$start-$end"},
      ),
    );
  }

  Future mergeTempFiles(chunk) async {
    File f = File(savePath + "temp0");
    IOSink ioSink= f.openWrite(mode: FileMode.writeOnlyAppend);
    for (int i = 1; i < chunk; ++i) {
      File _f = File(savePath + "temp$i");
      await ioSink.addStream(_f.openRead());
      await _f.delete();
    }
    await ioSink.close();
    await f.rename(savePath);
  }

  Response response = await downloadChunk(url, 0, firstChunkSize, 0);
  if (response.statusCode == 206) {
    total = int.parse(
        response.headers.value(HttpHeaders.contentRangeHeader).split("/").last);
    int reserved = total -
        int.parse(response.headers.value(HttpHeaders.contentLengthHeader));
    int chunk = (reserved / firstChunkSize).ceil() + 1;
    if (chunk > 1) {
      int chunkSize = firstChunkSize;
      if (chunk > maxChunk + 1) {
        chunk = maxChunk + 1;
        chunkSize = (reserved / maxChunk).ceil();
      }
      var futures = <Future>[];
      for (int i = 0; i < maxChunk; ++i) {
        int start = firstChunkSize + i * chunkSize;
        futures.add(downloadChunk(url, start, start + chunkSize, i + 1));
      }
      await Future.wait(futures);
    }
    await mergeTempFiles(chunk);
  }
}

现在可以进行分块下载了：

main() async {
  var url = "http://download.dcloud.net.cn/HBuilder.9.0.2.macosx_64.dmg";
  var savePath = "./example/HBuilder.9.0.2.macosx_64.dmg";
  await downloadWithChunks(url, savePath, onReceiveProgress: (received, total) {
    if (total != -1) {
      print("${(received / total * 100).floor()}%");
    }
  });
}

思考

分块下载真的能提高下载速度吗？
其实下载速度的主要瓶颈是取决于网络速度和服务器的出口速度，如果是同一个数据源，分块下载的意义并不大，因为服务器是同一个，出口速度确定的，主要取决于网速，而上面的例子正式同源分块下载，读者可以自己对比一下分块和不分块的的下载速度。如果有多个下载源，并且每个下载源的出口带宽都是有限制的，这时分块下载可能会更快一下，之所以说“可能”，是由于这并不是一定的，比如有三个源，三个源的出口带宽都为1G/s，而我们设备所连网络的峰值假设只有800M/s，那么瓶颈就在我们的网络。即使我们设备的带宽大于任意一个源，下载速度依然不一定就比单源单线下载快，试想一下，假设有两个源A和B，速度A源是B源的3倍，如果采用分块下载，两个源各下载一半的话，读者可以算一下所需的下载时间，然后再算一下只从A源下载所需的时间，看看哪个更快。
分块下载的最终速度受设备所在网络带宽、源出口速度、每个块大小、以及分块的数量等诸多因素影响，实际过程中很难保证速度最优。在实际开发中，读者可可以先测试对比后再决定是否使用。

分块下载有什么实际的用处吗？
分块下载还有一个比较使用的场景是断点续传，可以将文件分为若干个块，然后维护一个下载状态文件用以记录每一个块的状态，这样即使在网络中断后，也可以恢复中断前的状态，具体实现读者可以自己尝试一下，还是有一些细节需要特别注意的，比如分块大小多少合适？下载到一半的块如何处理？要不要维护一个任务队列？

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