Flutter Http分块下载与断点续传的实现

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：

1. 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。
2. 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。
3. 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 = [];
    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 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 = [];

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

 Future 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 = [];
   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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