Java多线程下载框架01:多线程的好处以及断点续传原理

一、为什么要使用多线程，多线程真的能提高效率吗？

• 1.1为什么要使用多线程

多线程编程的目的，就是“最大限度地利用CPU资源”，当某一线程的处理不需要占用CPU而只和I/O等资源打交道时，让需要占用CPU资源的其它线程有机会获得CPU资源。从根本上说，这就是多线程编程的最终目的。

因为单线程只会映射到一个CPU上，而多线程会映射到多个CPU上，多线程技术本质是多线程硬件化，所以也会加快程序的执行速度。现在的PC或者手机有很多都是多核的，如果只使用单一的线程去处理任务,资源得不到充分利用。

• 1.2多线程能提高效率吗

打个比方,比如修一个桥洞，有2种开工方法

方案一、只在桥的一头挖，直至挖到桥的另一头，从而打通桥洞，这可以看成是单线程。
方案二、在桥的两头挖，同时开工，最后在桥的中间接通，从而打通桥动，这感觉肯定比方案一快了很多，好比多线程。

假设每挖5分钟，就需要清理一下挖出来的泥土。有一个小车在清理它们，工人只有一个。

单线程的做法是： 挖5分钟。然后工人停止挖，小车清理石土的5分钟里，工人在等待。
2个线程的做发是： 挖5分钟，小车来清理泥土。这5分钟里，工人在另一头挖。

这个比喻至少能说明点问题:小车清理泥土，就相当于磁盘io等相对于cpu计算来说比较慢的操作。在cpu空闲的时候可以让其去做其它事情，达到充分利用的效果。

• 1.3线程越多越好？

并不是线程越多性能越好，当线程超过一定数量的时候，线程的调度将会变成很大的开销，反而会让性能降低，所以要适当使用多线程，不能滥用。二者不是线性关系。

计算机中一般来说只有一个CPU，也就是说只有一个工人。现在把修桥方案变动一下。
方案一:只在山的一头挖，直至挖到山的另一头，从而打通隧道，这可以看成是单线程。

方案二:在山的两头挖，同时开工，最后在山的中间接通，从而打通隧道，这感觉肯定比1快了很多，好比多线程。

方案二虽然是在山的两头开挖，但是由于工作的人只有一个，所以只有让这个人在山的两头跑，挖一会这头再去挖另一头，来回跑是要花费额外时间的（好比线程的切换和调度）。

再举二个例子:
例子一:
A单核单处理器,开一个线程跑循环输出10万条打印信息
B开100个线程输出10万条打印信息。
后者比前者慢,因为输出端是临界资源（临界资源:多道程序系统中存在许多进程，它们共享各种资源，然而有很多资源一次只能供一个进程使用。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备都属于临界资源，如输入机、打印机、磁带机等。）,线程抢占的时间大,单线程则无需抢占。

例子二:
A网络服务器处理,每个请求开一个线程,请求的处理时间极短,迅速返回。
B一次提交10万个请求,则有10万次线程创建和销毁对应于一个工作线程处理这10万条。请求后者比前者肯定快。

二、为什么要使用断点续传

在进行数据上传的时候可能是多线程操作，很多图像数据同时做上传或者单一的图像，如果图像比较多或者单一图像数据比较大，自然不希望失败一次或者暂停一次之后完全重传，有断点续传功能可以节省网络流量和节省用户时间，体验自然比你一次次的重传好很多。

三、Java断点续传原理

3.1什么是断点续传

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。在以前版本的 HTTP 协议是不支持断点的，HTTP/1.1 开始就支持了。一般断点下载时才用到 Range 和 Content-Range 实体头。下面会介绍HTTP版本的发展历程。

3.2什么是Range？

当用户在听一首歌的时候，如果听到一半（网络下载了一半），网络断掉了，用户需要继续听的时候，文件服务器不支持断点的话，则用户需要重新下载这个文件。而Range支持的话，客户端应该记录了之前已经读取的文件范围，网络恢复之后，则向服务器发送读取剩余Range的请求，服务端只需要发送客户端请求的那部分内容，而不用整个文件发送回客户端，以此节省网络带宽。

3.3HTTP1.1规范的Range是怎样一个约定？

如果Server支持Range，首先就要告诉客户端，咱支持Range，之后客户端才可能发起带Range的请求。这里套用唐僧的一句话，你不说我怎么知道呢。response.setHeader(‘Accept-Ranges’, ‘bytes’);

Server通过请求头中的Range: bytes=0-xxx来判断是否是做Range请求，如果这个值存在而且有效，则只发回请求的那部分文件内容，响应的状态码变成206，表示Partial Content，并设置Content-Range。如果无效，则返回416状态码，表明Request Range Not Satisfiable。如果不包含Range的请求头，则继续通过常规的方式响应。

3.4应用场景

假设你要开发一个多线程下载工具，你会自然的想到把文件分割成多个部分，比如4个部分，然后创建4个线程，每个线程负责下载一个部分，如果文件大小为403个byte，那么你的分割方式可以为：0-99 (前100个字节)，100-199(第二个100字节)，200-299(第三个100字节)，300-402（最后103个字节）。

分割完成，每个线程都明白自己的任务，比如线程3的任务是负责下载200-299这部分文件，现在的问题是：线程3发送一个什么样的请求报文，才能够保证只请求文件的200-299字节，而不会干扰其他线程的任务。这时，我们可以使用HTTP1.1的Range头。

Range头域可以请求实体的一个或者多个子范围，Range的值为0表示第一个字节，也就是Range计算字节数是从0开始的：

表示头500个字节：Range: bytes=0-499
表示第二个500字节：Range: bytes=500-999 
表示最后500个字节：Range: bytes=-500 
表示500字节以后的范围：Range: bytes=500- 
第一个和最后一个字节：Range: bytes=0-0,-1
同时指定几个范围：Range: bytes=500-600,601-999  

所以，线程3发送的请求报文必须有这一行：

Range: bytes=200-299

服务器接收到线程3的请求报文，发现这是一个带有Range头的GET请求，如果一切正常，服务器的**响应报文会有下面这行：
HTTP/1.1 206 OK**

表示处理请求成功，响应报文还有这一行
Content-Range: bytes 200-299/403
斜杠后面的403表示文件的大小

3.5Http协议的发展历程

HTTP协议到现在为止总共经历了3个版本的演化，第一个HTTP协议诞生于1989年3月。

xml属性	描述
HTTP/0.9	1991年
HTTP/1.0	1992-1996年
HTTP/1.1	1997-1999年
HTTP/2.0	2012-2014年

也就是HTTP/1.1 从1997-1999 年就应用了，所以现在基本上是支持断点续传的。

3.6模拟Http请求插件推荐

最后推荐一个模拟http请求的插件:HttpRequester,可以模拟Get/Post请求等,还可以添加Headers,Parameters参数,非常方便。

在上面“3.2什么是Range？”已经显示了使用该插件进行Get请求的截图。
传送门:HttpRequester怎么安装和使用
https://jingyan.baidu.com/article/7c6fb4280b6a4180642c900c.html。

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