1. 业务需求

需要实现文件下载功能，但是不仅限于传统的文件下载，还需要满足以下特性的下载：

• 由于文件是切块进行存储的，如何下载的时候变成一个完整的文件？

• 不仅可以下载单个文件，还要支持多个文件 / 夹下载，比如：同时勾选多个文件下载、勾选多个文件夹下载等等

• 要保证超大文件的下载不会导致内存溢出

本节内容主要是设计和实现满足以上三点需求的下载功能

效果图如下所示

2. 功能设计

2.1 基本知识了解

首先，我们都知道如果传统的下载实现方式，如果是超大文件的下载肯定是会内存溢出的，所以我们才需要进行下载功能的改进。

知识 1：简单了解文件下载的原理

要想了解文件下载的原理，我们得先来了解 Http 协议，Http 协议是我们用的最多的一种协议，也是做 Java Web 开发使用的协议，但是 Java 的 Servlet 的底层帮我们做了封装，不需要手工的解析 Http 协议，因此我们很少去了解其原理。Http 协议其实就是一种规则，客户端按照这种规则去编码数据，通过网络传输到服务端，服务端再按这种规则去解码数据。如果了解过 Netty 的同学应该比较清楚，基于 Netty 通讯框架，我们可以自定义自己的协议（私有协议），而 Http 它是一种公有协议。

下载的时候，Java 后台需要做两个操作

1. 把文件的字节流（byte []）放到响应体里面；

2. 在响应头告诉浏览器用什么方式打开文件，浏览器收到协议之后，按标准去解码协议，然后做出处理。

其实，浏览器自己也会有一套默认的规则，比如：你在浏览器直接访问某个文件，如果是图片、pdf 等它自己会在页面打开，如果是 doc 等它则会提示下载。原因是：服务器通过 MIME 告知响应内容类型，而浏览器则通过 MIME 类型来确定如何处理文档。

静态文件下载示例：

//1.静态文件的位置
	project
		src/main/java
		src/main/resources
			static
				test.doc

//2.在浏览器直接访问静态文件，进行文件下载
	http://192.168.1.8:8080/project-name/test.doc

//3.下载原因说明
	1）Tomcat自动帮我们读取该文件，并且通过输出流给写回浏览器
	2）因为'doc'=>'application/msword'，所以该类型浏览器自动下载

知识 2：网络 IO 和 磁盘 IO 的了解

其实无论 网络 IO 和 磁盘 IO，你只需要把它当做一条河流，河流它必然有源头和流向，其实 IO 也是一样。当读取文件流的时候，是读取本地磁盘的文件呢？还是读取客户端传递过来的文件呢？当写文件的时候，是写到本地磁盘呢？还是通过网络写到客户端呢？

读取 IO 示例：

//读取磁盘IO
@Test
public void readFileIO() throws Exception{
    FileInputStream is=new FileInputStream("E:/测试IO.txt"); //从磁盘获取IO
    byte[] bytes=new byte[is.available()];
    is.read(bytes);

    String str=new String(bytes,"GBK");
    System.out.println("输出结果："+str);
}
//输出结果：大家好，我是本地IO


//读取网络IO
public static void main(String[] args) throws IOException{
    ServerSocket server=new ServerSocket(8080);
    Socket client=server.accept();
    InputStream is=client.getInputStream(); //从网络获取IO
    byte[] bytes=new byte[is.available()];
    is.read(bytes);
    String msg=new String(bytes,"UTF-8");
    System.out.println("输出结果："+msg);
}
//浏览器输入：http://127.0.0.1:8080查看输出结果

写出 IO 示例：

//写到磁盘IO
@Test
public void readFileIO() throws Exception{
    FileInputStream is=new FileInputStream("E:/测试IO.txt");
    byte[] bytes=new byte[is.available()];
    is.read(bytes);
	
    //输出到磁盘
    OutputStream out=new FileOutputStream("E:/测试IO2.txt"); //输出到磁盘IO
    out.write(bytes);
}

//写到网络IO
public static void main(String[] args) throws IOException{
    ServerSocket server=new ServerSocket(8080);
    Socket client=server.accept();
    InputStream is=client.getInputStream();
    byte[] bytes=new byte[is.available()];
    is.read(bytes);
    String msg=new String(bytes,"UTF-8");
    System.out.println("输出："+msg);

    OutputStream out=client.getOutputStream(); //输出到网络当中
    out.write("你好".getBytes());
}

通过上面案例解说，目的就是让大家知道，其实文件下载就是普通的文件流输出，跟我们平时做磁盘 IO 输出没啥区别，只不过它是网络 IO 而已。除此之外，我们还需要了解一下 Http 协议，因为把文件流输出到网络当中，我们还要通过协议告诉浏览器使用什么方式打开，仅此而已。

通过以上两个小知识点，我相信大家应该能对我们本节的需求有一定的思路。

2.2 流程分析

通过上面的了解，我们知道了文件下载是怎么回事，但是我们的需求是要比普通的文件下载要复杂的，那么复杂在哪里呢？

• 第一：我们的文件是切块，而不是完整的文件，那么如何下载的时候变成完整的文件？

• 第二：如何同时下载多个文件呢？采用什么方式下载？

问题 1：如何让切块最后变成完整文件进行下载呢？说说我的想法

• 方案一：服务端合并完整文件

• 思路：服务器端把切块按序号由小到大进行排序，并且按顺序输出到服务器临时目录（自动合并一个完整文件），然后再把该文件返回浏览器。

• 缺点：但是这种模式的缺点非常的明显，如果合并之后的文件非常的大，那么将导致内存溢出。

• 方案二：客户端合并完整文件

• 思路：服务器端把切块按序号由小到大进行排序，并且输出到网络当中，所有的切块输出共用一个输出流，浏览器自动合并。

• 优点：把文件的合并交由客户端进行处理，减轻了服务端的压力

• 举例说明：如果这里感觉有点抽象的话，举个比较形象的例子：OutputStream out=client.getOutputStream();
   当做是新修一条单向铁路，每个切块是火车的具体车厢，一辆完整的火车由很多车厢组成。只不过是现在把车厢拆开独立开往目的地，等所有的车厢都达到终点，则把铁路拆除，此时终点站的车厢依然是排成一列完整的火车。但是如果每个切块独立创建一个 OutputStream out=client.getOutputStream();
  ，那么就好比每个车厢独立一条铁路，最后终点站就无法组成一辆完整的火车了，而是并排的车厢。

示例代码如下所示：

//第一步：根据md5获取切块信息集合（按切块排序）
List<String> urls=filePreviewService.getChunksByFilemd5(filemd5);

//第二步：获取输出流（分别是两种模式的IO）
//OutputStream out=new FileOutoutStream("E:/name.txt");//磁盘IO
OutputStream out=response.getOutoutStream();//网络IO

//第三步：遍历集合
for(String url:urls){				
    //1.根据路径去文件系统获取切块的字节流
    byte[] bytes=filePreviewService.getBytesByUrl(url);
    //2.输出字节流
    out.write(bytes);
}

//第四步：关闭输出流
out.close();

问题 2：同一个下载请求如何同时下载多个文件呢？

其实浏览器是无法一次请求下载多个文件的，大家应该都是知道，浏览器下载的时候，会弹出一个确认框让你选择保存到本地那个目录，并且指定名称，因此是无法多个的。那么是否可以多个文件共用一个输出流呢？如果共用的话，那么这些文件最终被合并成一个独立文件了。下面说说我的思路是什么样的。

• 方案一：压缩下载

• 思路：在服务器端把文件分别按照对应的切块合并成独立的文件；再把这些独立的文件最终压缩成一个完整的压缩包；客户下载压缩包之后，解压之后自然保留完整的目录结构。但是注意的是，如果最终合并的压缩包很大，则将会导致内存溢出。

• 优点：是 b/s 架构下目前很好的思路了，如果谁有更好的方案可以留言讨论

• 缺点：

1. 浏览器其实也是一个 c/s 架构的客户端，但是不像自定义 c/s 客户端那样可控制。

2. 如何多个文件压缩之后还是很大，那么不适合这种模式

• 思路：使用 Java Swing（当然也可以使用 c++、c#）开发客户端桌面程序，下载多个文件时，客户端分别发起多次来获取文件字节流，然后保存到客户端本地

• 优点：无论是客户端还是服务端的压力都很小，性能很高

• 缺点：对应没有接触过 c/s 架构的同学来说技术难点稍微高一点

分析到这里，相信大家应该都能理解了吧，我们这里重点介绍的是压缩包下载模式
，c/s 架构则不讲解。

上面的图是压缩包模式下载的完整流程图，但是如果一个方法实现完整个流程，则将会非常的复杂，甚至请求超时，因此需要拆分成以下几个步骤。

• 第一次请求：计算文件的总大小和判断是否超过阈值

• 第二次请求：合并切块、压缩文件；并且把压缩包的完整下载路径给返回客户端

• 第三次请求：根据压缩包的下载路径，发起下载请求

3. 小结

本节内容主要讲解 Http 协议的大概原理、磁盘 IO 和网络 IO、以及文件下载的核心思路，希望大概能够掌握。

纸上得来终觉浅，绝知此事要coding...